BR112017002129B1

BR112017002129B1 - Aparelho de cálculo de autoposição e método de cálculo de autoposição

Info

Publication number: BR112017002129B1
Application number: BR112017002129-3A
Authority: BR
Inventors: Ichiro Yamaguchi; Hidekazu Nishiuchi; Norihisa Hiraizumi; Jun Matsumoto
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2022-01-04
Also published as: US9933252B2; EP3179462A4; EP3179462A1; JPWO2016020970A1; EP3179462B1; JP6269838B2; MX2017001248A; CN106663376A; MX357830B; BR112017002129A2; US20170261315A1; WO2016020970A1; RU2636235C1; CN106663376B

Abstract

resumo ?aparelho de cálculo de autoposição e método de cálculo de autoposição? a presente invenção refere-se a um aparelho de cálculo de autoposição que tem capacidade para detectar precisamente um feixe de luz padronizado projetado sobre uma superfície de estrada, e que tem capacidade para calcular precisamente a autoposição de um veículo. o aparelho de cálculo de autoposição inclui: um projetor de luz (11) configurado para projetar o feixe de luz padronizado sobre a superfície de estrada ao redor de um veículo; uma unidade de captura de imagem (12) configurada para capturar uma imagem de uma área sobre a qual o feixe de luz padronizado é projetado; um extrator de feixe de luz padronizado (21) configurado para extrair uma posição do feixe de luz padronizado da imagem; um calculador de ângulo de orientação (22) configurado para calcular um ângulo de orientação do veículo em relação à superfície de estrada a partir da posição do feixe de luz padronizado; um calculador de quantidade de alteração de orientação (24) configurado para calcular uma quantidade de alteração na orientação do veículo com base nas alterações temporais em múltiplos pontos característicos na superfície de estrada na imagem; e um calculador de autoposição (26) configurado para calcular uma posição atual e um ângulo de orientação atual do veículo adicionando-se a quantidade de alteração na orientação a uma posição inicial e um ângulo de orientação inicial do veículo. se uma condição detectada do feixe de luz padronizado for igual ou maior que um valor limiar, o extrator de feixe de luz padronizado (21) extrai a posição do feixe de luz padronizado de uma imagem sobreposta sobrepondo-se as imagens em quadros obtidos com a unidade de captura de imagem (12).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001]A presente invenção refere-se a um aparelho de cálculo de autoposição e a um método de cálculo de autoposição.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002]Uma técnica tem sido convencionalmente conhecida, em que: câmeras instaladas em um veículo capturam e obtêm imagens dos arredores do veículo; e uma quantidade de movimento do veículo é obtida com base nas alterações nas imagens (consultar a Literatura de Patente 1, por exemplo). A Literatura de Patente 1 visa obter a quantidade de movimento do veículo precisamente mesmo se o veículo se move ligeiramente a velocidade baixa. Com essa finalidade, um ponto característico é detectado a partir de cada imagem; a posição do ponto característico é obtida; e, desse modo, a quantidade de movimento do veículo é obtida a partir da direção e distância de movimento (quantidade de movimento) do ponto característico.

[003]Além disso, uma técnica para realizar uma medição tridimensional com o uso de um projetor de feixe de laser para projetar um feixe de laser em um padrão de grade (feixe de luz padronizado) tem sido conhecida (consultar a Literatura de Patente 2, por exemplo). De acordo com a Literatura de Patente 2, uma imagem de uma área do feixe de luz padronizado projetado é capturada com uma câmera; o feixe de luz padronizado é extraído da imagem capturada; e um comportamento do veículo é obtido a partir da posição do feixe de luz padronizado. LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE Literatura de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente no JP 2008175717 Literatura de Patente 2: Publicação de Pedido de Patente no JP 2007278951

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[004] Em um ambiente externo, entretanto, quando um feixe de luz padronizado é projetado sobre uma superfície de estrada, conforme descrito na Literatura de Patente 2, o feixe de luz padronizado é influenciado pela luz ambiente. Por essa razão, é difícil detectar o feixe de luz padronizado projetado sobre a superfície de estrada.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[005]A presente invenção foi realizada levando em consideração o problema mencionado acima. Um objetivo da presente invenção é fornecer um aparelho de cálculo de autoposição e um método de cálculo de autoposição que tenham capacidade para: detectar precisamente um feixe de luz padronizado projetado sobre uma superfície de estrada; e calcular precisamente uma autoposição de um veículo.

[006] Um aparelho de cálculo de autoposição. de acordo com um aspecto da presente invenção, calcula uma posição atual e um ângulo de orientação atual de um veículo por: projetar um feixe de luz padronizado sobre uma superfície de estrada ao redor do veículo a partir de um projetor de luz; obter uma imagem da superfície de estrada ao redor do veículo, incluir uma área sobre a qual o feixe de luz padronizado é projetado, com uma unidade de captura de imagem; extrair uma posição do feixe de luz padronizado da imagem obtida com a unidade de captura de imagem; calcular um ângulo de orientação do veículo em relação à superfície de estrada a partir da posição extraída do feixe de luz padronizado; calcular uma quantidade de alteração na orientação do veículo com base nas alterações temporais em múltiplos pontos característicos na superfície de estrada na imagem obtida com a unidade de captura de imagem; e adicionar a quantidade de alteração na orientação a uma posição inicial e um ângulo de orientação inicial do veículo. Além disso, se uma condição detectada do feixe de luz padronizado for igual ou maior que um valor limiar quando a posição do feixe de luz padronizado for extraída, uma imagem sobreposta é gerada sobrepondo-se as imagens em quadros obtidos com a unidade de captura de imagem, e a posição do feixe de luz padronizado é extraída da imagem sobreposta.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] Figura 1 é um diagrama de blocos que mostra uma configuração geral de um aparelho de cálculo de autoposição de uma primeira modalidade.

[008]A Figura 2 é uma vista externa que mostra um exemplo de como um projetor de luz 11 e uma câmera 12 são instalados em um veículo 10.

[009]A Figura 3(a) é um diagrama que mostra como as posições de áreas iluminadas em uma superfície de estrada 31 são calculadas com o uso de um comprimento de base Lb entre o projetor de luz 11 e a câmera 12, assim como coordenadas (Uj, Vj) das luzes direcionadas em uma imagem. A Figura 3(b) é um diagrama esquemático que mostra como uma direção de movimento da câmera 12 é obtida a partir de alterações temporais em um ponto característico detectado a partir de uma área 33 diferente da área sobre a qual um feixe de luz padronizado 32a é projetado.

[010]As Figuras 4(a) e 4(b) são um diagrama que mostra uma imagem do feixe de luz padronizado 32a obtido com a câmera 12, e submetido a um processo de binarização. A Figura 4(a) é um diagrama que mostra a totalidade do feixe de luz padronizado 32a. A Figura 4(b) é um diagrama ampliado que mostra uma luz direcionada Sp. A Figura 4(c) é um diagrama que mostra posições de centro de gravidade He das respectivas luzes direcionadas Sp extraídas por um extrator de feixe de luz padronizado 21.

[011]A Figura 5 é um diagrama esquemático para explicar um método para calcular uma quantidade de alteração em uma distância e uma quantidade de alteração em um ângulo de orientação.

[012]A Figura 6(a) mostra um exemplo de um primeiro quadro (imagem) 38 obtido no tempo t. A Figura 6(b) mostra um segundo quadro 38' obtido no tempo (t + Δt) que é uma duração de tempo Δt após o tempo t.

[013]A Figura 7(a) mostra uma quantidade de movimento do veículo que é necessária para gerar uma imagem sobreposta quando um ambiente externo é claro. A Figura 7(b) mostra como gerar a imagem sobreposta quando o ambiente externo é claro.

[014]A Figura 8(a) mostra uma quantidade de movimento do veículo que é necessária para gerar uma imagem sobreposta quando o ambiente externo é escuro. A Figura 8(b) mostra como gerar a imagem sobreposta quando o ambiente externo é escuro.

[015]As Figuras 9(a) a 9(d) são gráficos de temporização que mostram respectivamente uma alteração em uma alteração em um sinalizador de redefinição, uma alteração no número de uma alteração no número de imagens a serem sobrepostas, uma alteração em uma condição sob a qual os pontos característicos são detectados, e uma alteração no número de pontos característicos associados, no aparelho de cálculo de autoposição da primeira modalidade.

[016]A Figura 10 é um fluxograma que mostra um exemplo de um método de cálculo de autoposição com o uso do aparelho de cálculo de autoposição mostrado na Figura 1.

[017]A Figura 11 é um fluxograma que mostra um procedimento detalhado para etapa S18 mostrada na Figura 10.

[018]A Figura 12 é um diagrama de blocos que mostra uma configuração geral de um aparelho de cálculo de autoposição de uma segunda modalidade.

[019]A Figura 13 é um diagrama para explicar como estimar uma quantidade de alteração em uma altura de uma superfície de estrada a partir de uma posição de um feixe de luz padronizado na segunda modalidade.

[020]As Figuras 14(a) a 14(e) são gráficos de temporização que mostram respectivamente uma alteração em um sinalizador de redefinição, um intervalo predeterminado da etapa S201, uma alteração no número de imagens a serem sobrepostas, uma alteração em uma condição de superfície de estrada entre uma condição boa e uma condição insatisfatória, e alterações nos tamanhos de saliências (irregularidade) da superfície de estrada, no aparelho de cálculo de autoposição da segunda modalidade.

[021]A Figura 15 é um fluxograma que mostra um procedimento de processo para que um processo de cálculo de autoposição seja realizado pelo aparelho de cálculo de autoposição da segunda modalidade.

[022]A Figura 16 é um fluxograma que mostra um procedimento de processo detalhado para que a etapa S28 mostrada na Figura 15 seja realizada pelo aparelho de cálculo de autoposição da segunda modalidade.

[023]A Figura 17 é um diagrama de blocos que mostra uma configuração geral de um aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade.

[024]As Figuras 18(a) e 18(b) são gráficos de temporização que mostram respectivamente uma alteração no brilho e uma alteração em um sinalizador de detecção de ponto característico no aparelho de cálculo de autoposição de uma terceira modalidade.

[025]As Figuras 19(a) a 19(c) são diagramas explicativos que mostram feixes de luz padronizados e pontos característicos no aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade.

[026]As Figuras 20(a) a 20(d) são gráficos de temporização que mostram respectivamente uma alteração em um sinalizador de redefinição, uma alteração na temporização de término de cada ciclo, uma alteração no número de frequências a serem sobrepostas, e uma alteração na potência de projeção de luz no aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade.

[027]A Figura 21 é um fluxograma que mostra um procedimento de processo a ser seguido pelo aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[028] Referindo-se aos desenhos, descrições serão fornecidas para a primeira a terceira modalidades. Nas descrições dos desenhos, os mesmos componentes serão denotados pelas mesmas referências numéricas. As descrições para tais componentes serão omitidas.

Primeira Modalidade Configuração de Hardware

[029]Em primeiro lugar, referindo-se à Figura 1, descrições serão fornecidas para uma configuração de hardware de um aparelho de cálculo de autoposição de uma primeira modalidade. O aparelho de cálculo de autoposição inclui um projetor de luz 11, uma câmera 12 e uma unidade de controle de motor (ECU) 13. O projetor de luz 11 é instalado em um veículo, e projeta um feixe de luz padronizado sobre uma superfície de estrada ao redor do veículo. A câmera 12 é instalada no veículo, e é um exemplo de uma unidade de captura de imagem configurada para capturar e, desse modo, obter imagens da superfície de estrada ao redor do veículo, inclusive de uma área do feixe de luz padronizado projetado. A ECU 13 é um exemplo de um controlador configurado para controlar o projetor de luz 11, e para realizar uma série de ciclos de processo de informações para estimar a quantidade de movimento do veículo a partir de imagens obtidas com a câmera 12.

[030]A câmera 12 é uma câmera digital que usa um sensor de imagem em estado sólido, tal como um CCD e um CMOS, e obtém imagens digitais processáveis. O que a câmera 12 captura é a superfície de estrada ao redor do veículo. A superfície de estrada ao redor do veículo inclui superfícies de estrada na parte da frente, na parte de trás, nos lados e embaixo do veículo. Conforme mostrado na Figura 2, a câmera 12 pode ser instalada em uma seção frontal do veículo 10, mais especificamente acima de um para-choque dianteiro, por exemplo.

[031]A altura e direção nas quais definir a câmera 12 são ajustadas de um modo que permitam que a câmera 12 capture imagens de pontos característicos (texturas) na superfície de estrada 31 na frente do veículo 10 e o feixe de luz padronizado 32b seja projetado a partir do projetor de luz 11. O foco e o diafragma da lente da câmera 12 também são automaticamente ajustados. A câmera 12 captura imagens repetidamente em intervalos de tempo predeterminados e, desse modo, obtém uma série de grupos de imagem (quadro). Os dados de imagem obtidos com a câmera 12 são transferidos para a ECU 13, e são armazenados em uma memória incluída na ECU 13.

[032]Conforme mostrado na Figura 2, o projetor de luz 11 projeta o feixe de luz padronizado 32b que tem um formato predeterminado, inclusive um formato de grade quadrada ou retangular, sobre a superfície de estrada 31 dentro de uma faixa de captura de imagem da câmera 12. A câmera 12 captura imagens do feixe de luz padronizado projetado sobre a superfície de estrada 31. O projetor de luz 11 inclui um ponteiro a laser e uma rede de difração, por exemplo. A rede de difração difrata o feixe de laser projetado a partir do ponteiro. Desse modo, conforme mostrado nas Figuras 2 a 4, o projetor de luz 11 gera o feixe de luz padronizado (32b, 32a) que inclui múltiplas luzes direcionadas Sp dispostas em um padrão de grade ou matriz. Nos exemplos mostrados nas Figuras 3 e 4, o projetor de luz 11 gera o feixe de luz padronizado 32a que inclui luzes direcionadas 5x7 Sp.

[033] Novamente com referência à Figura 1, a ECU 13 inclui uma CPU, uma memória, e um microcontrolador que inclui uma seção de entrada-saída. Através da execução de programas de computador pré-instalados, a ECU 13 forma múltiplos processadores de informações incluídos no aparelho de cálculo de autoposição. Para cada imagem (quadro), a ECU 13 realiza repetidamente a série de ciclos de processo de informações para calcular a autoposição do veículo a partir das imagens obtidas com a câmera 12. Consequentemente, a ECU 13 também pode ser usada como uma ECU para controlar outros sistemas relacionados ao veículo 10.

[034]Os múltiplos processadores de informações incluem um extrator de feixe de luz padronizado (gerador de imagem sobreposta) 21, um calculador de ângulo de orientação 22, um detector de ponto característico 23, um calculador de quantidade de alteração de orientação 24, uma seção de determinação de brilho (seção de determinação de condição de detecção de feixe de luz padronizado) 25, um calculador de autoposição 26, um controlador de feixe de luz padronizado 27, uma seção de determinação de condição de detecção 28 e uma seção de determinação de estado de cálculo 29. O detector de ponto característico 23 pode ser incluído no calculador de quantidade de alteração de orientação 24.

[035]O extrator de feixe de luz padronizado 21 lê uma imagem obtida com a câmera 12 a partir da memória, e extrai a posição do feixe de luz padronizado da imagem. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 3(a), o projetor de luz 11 projeta o feixe de luz padronizado 32a, que inclui as múltiplas luzes direcionadas dispostas em um padrão de matriz, sobre a superfície de estrada 31, enquanto a câmera 12 detecta o feixe de luz padronizado 32a refletido fora da superfície de estrada 31. O extrator de feixe de luz padronizado 21 aplica um processo de binarização à imagem obtida com a câmera 12 e, desse modo, extrai apenas uma imagem das luzes direcionadas Sp, conforme mostrado nas Figuras 4(a) e 4(b). Conforme mostrado na Figura 4(c), o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai a posição do feixe de luz padronizado 32a calculando-se a porção de centro de gravidade He de cada luz direcionada Sp, ou seja, as coordenadas (Uj, Vj) de cada luz direcionada Sp na imagem. As coordenadas são expressas usando o número atribuído a um pixel correspondente no sensor de imagem da câmera 12. Em um caso em que o feixe de luz padronizado inclui luzes direcionadas 5x7 Sp, “j” é um número inteiro não menor que 1, porém, não maior que 35. A memória armazena as coordenadas (Uj, Vj) da luz direcionada Sp na imagem como dados sobre a posição do feixe de luz padronizado 32a.

[036]O calculador de ângulo de orientação 22 lê os dados sobre a posição do feixe de luz padronizado 32a a partir da memória, e calcula a distância e o ângulo de orientação do veículo 10 em relação à superfície de estrada 31 a partir da posição do feixe de luz padronizado 32a na imagem obtida com a câmera 12. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 3(a), usando o princípio de medição trigonométrica, o calculador de ângulo de orientação 22 calcula a posição de cada área iluminada na superfície de estrada 31, como a posição de cada área iluminada em relação à câmera 12, a partir de um comprimento de base Lb entre o projetor de luz 11 e a câmera 12, assim como as coordenadas (Uj, Vj) de cada luz direcionada na imagem. Posteriormente, o calculador de ângulo de orientação 22 calcula uma equação de plano da superfície de estrada 31 sobre a qual o feixe de luz padronizado 32a é projetado, ou seja, a distância e o ângulo de orientação (vetor normal) da câmera 12 em relação à superfície de estrada 31, a partir da posição de cada luz direcionada em relação à câmera 12. Deve-se notar que na modalidade, a distância e o ângulo de orientação da câmera 12 em relação à superfície de estrada 31 são calculados como um exemplo da distância e do ângulo de orientação do veículo 10 em relação à superfície de estrada 31 uma vez que a posição de instalação da câmera 12 no veículo 10 e o ângulo para a câmera 12 capturar as imagens já são conhecidos. Doravante, a distância e o ângulo de orientação da câmera 12 em relação à superfície de estrada 31 serão encurtados para “distância e ângulo de orientação”. A distância e o ângulo de orientação calculados pelo calculador de ângulo de orientação 22 são armazenados na memória.

[037] De maneira específica, uma vez que a câmera 12 e o projetor de luz 11 são fixados ao veículo 10, a direção na qual projetar e o feixe de luz padronizado 32a e a distância (o comprimento de base Lb) entre a câmera 12 e o projetor de luz 11 já são conhecidas. Por essa razão, usando-se o princípio de medição trigonométrica, o calculador de ângulo de orientação 22 tem capacidade para obter a posição de cada área iluminada na superfície de estrada 31, como a posição (Xj, Yj, Zj) de cada área iluminada em relação à câmera 12, a partir das coordenadas (Uj, Vj) de cada luz direcionada na imagem.

[038]Deve-se notar que, em muitos casos, a posição (Xj, Yj, Zj) de cada luz direcionada em relação à câmera 12 não está presente no mesmo plano. Isso ocorre porque a posição relativa de cada luz direcionada altera de acordo com a irregularidade do asfalto da superfície de estrada 31. Por essa razão, o método dos mínimos quadrados pode ser usado para obter uma equação de plano que minimize a soma da diferença de distância de cada luz direcionada.

[039]O detector de ponto característico 23 lê a imagem obtida com a câmera 12 a partir da memória, e detecta pontos característicos na superfície de estrada 31 a partir da imagem lida a partir da memória. A fim de detectar os pontos característicos na superfície de estrada 31, o detector de ponto característico 23 pode usar um método descrito em “D. G. Lowe, "Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints”, Int. J. Comput. Vis., vol. 60, no. 2, páginas 91 a 110, novembro 200”. De outro modo, um método descrito em “Kanazawa Yasushi, Kanatani Kenichi, “Detection of Feature Points for Computer Vision”, IEICE Journal, vol. 87, no 12, páginas 1.043 a 1.048, dezembro de 2004” pode ser usado.

[040] De maneira específica, por exemplo, o detector de ponto característico 23 usa o operador Harris ou o operador SUSAN como esses pontos, tais como vértices de um objeto, cujos valores de luminância são muito diferentes daqueles das proximidades dos pontos são detectados como os pontos característicos. Em vez disso, entretanto, o detector de ponto característico 23 pode usar uma quantidade de característica SIFT (Transformação de Escala Característica Invariável) de modo que os pontos ao redor dos quais os valores de luminância alteram com certa regularidade sejam detectados como os pontos característicos. Após detectar os pontos característicos, o detector de ponto característico 23 conta o número total N de pontos característicos detectados a partir de uma imagem, e atribui números de identificação (i (1 < i < N)) aos respectivos pontos característicos. A posição (Ui, Vi) de cada ponto característico na imagem é armazenada na memória dentro da ECU 13. As Figuras 6(a) e 6(b), cada uma, mostram exemplos dos pontos característicos Te que são detectados a partir da imagem obtida com a câmera 12. A posição (Ui, Vi) de cada ponto característico na imagem é armazenada na memória.

[041] Deve-se notar que a presente modalidade trata partículas de mistura de asfalto com um tamanho de partícula não menor que 1 cm, porém, não maior que 2 cm como os pontos característicos na superfície de estrada 31. A câmera 12 emprega o modo de resolução VGA (aproximadamente 300 mil pixels) a fim de detectar os pontos característicos. Além disso, a distância da câmera 12 até a superfície de estrada 31 é de aproximadamente 70 cm. Além disso, a direção na qual a câmera 12 captura imagens é inclinada em aproximadamente 45 graus em relação à superfície de estrada 31 do plano horizontal. Além disso, o valor de luminância de cada imagem obtida com a câmera 12 e posteriormente enviado para a ECU 13 está dentro de uma faixa de 0 a 255 (0: mais escuro, 255: mais claro).

[042]O calculador de quantidade de alteração de orientação 24 seleciona um quadro anterior e um quadro atual dos quadros capturados no ciclo do processo de informações; e lê as posições (Ui, Vi) de múltiplos pontos característicos em uma imagem no quadro anterior, e as posições (Ui, Vi) de múltiplos pontos característicos em uma imagem no quadro atual, a partir da memória. Posteriormente, com base nas alterações nas posições dos múltiplos pontos característicos na imagem, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 obtém uma quantidade de alteração na orientação do veículo. Nesse aspecto, a “quantidade de alteração na orientação do veículo” inclui tanto quantidades de alterações na “distância e ângulo de orientação” em relação à superfície de estrada 31, e uma “quantidade de movimento do veículo (a câmera 12)” na superfície de estrada. Descrições serão fornecidas doravante sobre como calcular as quantidades de alterações na distância e ângulo de orientação e na quantidade de movimento do veículo.

[043]A Figura 6(a) mostra um exemplo de um primeiro quadro (imagem) 38 obtido no tempo t. Supõe-se um caso, conforme mostrado nas Figuras 5 e 6(a), em que as posições relativas (Xi, Yi, Zi) de três pontos característicos Te1, Te2, Te3 são calculadas no primeiro quadro 38, por exemplo. Nesse caso, um plano G definido pelos pontos característicos Te1, Te2, Te3 pode ser considerado como a superfície de estrada. Consequentemente, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 tem capacidade para obter a distância e o ângulo de orientação (vetor normal) da câmera 12 em relação à superfície de estrada (o plane G), a partir das posições relativas (Xi, Yi, Zi). Além disso, usando modelos de câmera já conhecidos, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 tem capacidade para obter uma distância l1 entre os pontos característicos Te1, Te2, uma distância l2 entre os pontos característicos Te2, Te3 e uma distância l3 entre os pontos característicos Te3, Te1, assim como um ângulo entre uma linha reta que une os pontos característicos Te1, Te2 e uma linha reta que une os pontos característicos Te2, Te3, um ângulo entre a linha reta que une os pontos característicos Te2, Te3 e uma linha reta que une os pontos característicos Te3, Te1, e um ângulo entre a linha reta que une os pontos característicos Te3, Te1 e a linha reta que une os pontos característicos Te1, Te2. A câmera 12 na Figura 5 mostra onde a câmera está situada quando a câmera tira o primeiro quadro.

[044] Deve-se notar que as coordenadas tridimensionais (Xi, Yi, Zi) da posição relativa em relação à câmera 12 são definidas de um modo que: o eixo geométrico Z coincida com a direção na qual a câmera 12 captura a imagem; e os eixos geométricos X e Y ortogonais uns aos outros em um plano que inclui a câmera 12 são linhas normais em relação à direção na qual a câmera 12 captura a imagem. Entretanto, as coordenadas na imagem 38 são definidas de modo que: o eixo geométrico V coincida com a direção horizontal; e o eixo geométrico U coincida com a direção vertical.

[045]A Figura 6(b) mostra um segundo quadro obtido no tempo (t + Δt) em que a duração de tempo Δt passou do tempo t. Uma câmera 12' na Figura 5 mostra onde a câmera está situada quando a câmera captura o segundo quadro 38'. Conforme mostrado nas Figuras 5 e 6(b), a câmera 12' captura uma imagem que inclui os pontos característicos Te1, Te2, Te3 como o segundo quadro 38', e o detector de ponto característico 23 detecta os pontos característicos Te1, Te2, Te3 da imagem. Nesse caso, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 tem capacidade para calcular não somente uma quantidade ΔL de movimento da câmera 12 no intervalo de tempo Δt, mas, também, quantidades de alterações na distância e ângulo de orientação a partir: da posição relativa (Xi, Yi, Zi) de cada um dos pontos característicos Te1, Te2, Te3 no tempo t; uma posição P1 (Ui, Vi) de cada ponto característico no segundo quadro 38'; e o modelo de câmera da câmera 12. Por exemplo, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 tem capacidade para calcular a quantidade (ΔL) de movimento da câmera 12 (o veículo), e as quantidades de alterações na distância e ângulo de orientação da câmera 12 (o veículo) solucionando-se o seguinte sistema de equações simultâneas (1) a (4). Consequentemente, a Equação (1) se baseia na câmera 12 que é modelada como uma câmera pinhole ideal livre de deformação e desalinhamento axial óptico em que Ài e f denotam respectivamente uma constante e um comprimento focal. Os parâmetros da modelo de câmera podem ser antecipadamente calibrados.

[046]A Figura 3(b) mostra esquematicamente como uma direção de movimento 34 da câmera 12 é obtida a partir das alterações temporais em um ponto característico detectado a partir de uma área 33 em uma faixa de captura de imagem da câmera 12, que é diferente de uma área sobre a qual o feixe de luz padronizado 32a é projetado. As Figuras 6(a) e 6(b) mostram os vetores Dte que representam respectivamente as direções e quantidades de alterações nas posições dos pontos característicos Te, e que são sobrepostos em uma imagem. O calculador de quantidade de alteração de orientação 24 tem capacidade para calcular não somente a quantidade (ΔL) de movimento da câmera 12 em uma duração de tempo Δt, mas, também, as quantidades de alterações na distância e ângulo de orientação da câmera 12 ao mesmo tempo. Por essas razões, levando-se as quantidades de alterações na distância e ângulo de orientação em consideração, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 tem capacidade para calcular precisamente a quantidade (ΔL) de movimento em seis graus de liberdade. Em outras palavras, um erro na estimação da quantidade (ΔL) de movimento pode ser minimizado mesmo se a distância e o ângulo de orientação forem alterados pelo rolamento ou passo devido a um giro, aceleração ou desaceleração do veículo 10.

[047] Deve-se notar que em vez de usar todos os pontos característicos cujas posições relativas são calculadas, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 pode selecionar pontos característicos ideais com base nas relações posicionais entre os pontos característicos. Um exemplo de um método de seleção utilizável para esse propósito é a geometria epipolar (a geometria de linha epipolar descrita em R. I. Hartley, “A linear method for reconstruction from lines and points”, Proc. 5th International Conference on Computer Vision, Cambridge, Massachusetts, páginas 882 a 887 (1995)).

[048]A associação dos pontos característicos no quadro atual com os pontos característicos no quadro anterior pode ser alcançada, por exemplo, por: armazenar uma imagem de uma área incluindo e aproximadamente cada ponto característico detectado na memória; e determinar se os pontos característicos no quadro atual e os pontos característicos no quadro anterior podem ser associados uns aos outros a partir da similaridade nas informações de brilho e informações de cor entre os pontos característicos no quadro atual e os pontos característicos no quadro anterior. De maneira específica, a ECU 13 armazena uma imagem de 5(horizontal) x 5(vertical) pixels de e aproximadamente cada ponto característico detectado na memória. Se em 20 ou mais pixels de cada imagem de 5(horizontal) x 5(vertical) pixels, por exemplo, a diferença nas informações de brilho entre o ponto característico correspondente no quadro atual e o ponto característico correspondente no quadro anterior é igual ou menor que 1%, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 determina que o ponto característico no quadro atual e o ponto característico no quadro anterior podem ser associados uns aos outros.

[049]Quando, como neste caso, os pontos característicos Te1, Te2, Te3 cujas posições relativas (Xi, Yi, Zi) são calculadas forem detectados a partir de uma imagem 38' obtida em uma temporização subsequente também, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 tem capacidade para calcular a “quantidade de alteração na orientação do veículo" com base nas alterações temporais nos múltiplos pontos característicos na superfície de estrada.

[050]O calculador de autoposição 26 calcula a distância e o ângulo de orientação a partir das “quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação” calculadas pelo calculador de quantidade de alteração de orientação 24. Além disso, o calculador de autoposição 26 calcula a posição atual do veículo a partir da "quantidade de movimento do veículo" calculada pelo calculador de quantidade de alteração de orientação 24.

[051]De maneira específica, em um caso em que a distância e o ângulo de orientação calculados pelo calculador de ângulo de orientação 22 (consultar a Figura 1) são definidos como pontos de partida para o cálculo do calculador de autoposição 26 para a distância e o ângulo de orientação, o calculador de autoposição 26 atualiza a distância e o ângulo de orientação com os valores numéricos mais recenes adicionando-se sequencialmente (realizando uma operação de integração em) as quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação calculados para cada quadro pelo calculador de quantidade de alteração de orientação 24 até os pontos de partida (distância e ângulo de orientação). Além disso, em um caso em que a posição do veículo que é obtida quando o calculador de ângulo de orientação 22 calcula a distância e o ângulo de orientação é definida como um ponto de partida (uma posição inicial do veículo) para o cálculo do calculador de autoposição 26 para a posição atual do veículo, o calculador de autoposição 26 calcula a posição atual do veículo adicionando-se sequencialmente (realizando uma operação de integração em) as quantidades de movimento do veículo até a posição inicial. Por exemplo, quando o ponto de partida (a posição inicial do veículo) é definido para corresponder à posição do veículo em um mapa, o calculador de autoposição 26 tem capacidade para calcular sequencialmente a posição atual do veículo no mapa.

[052]Em um caso em que o detector de ponto característico 23 pode continuar detectando três ou mais pontos característicos que podem ser associados entre os quadros anteriores e atuais, conforme discutido acima, a continuação do processo (operação de integração o) de adição das quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação permite que o calculador de autoposição 26 continue atualizando a distância e o ângulo de orientação com os valores numéricos mais recentes sem usar o feixe de luz padronizado 32a. Todavia, a distância e o ângulo de orientação calculados com o uso do feixe de luz padronizado 32a, ou uma distância inicial predeterminada e um ângulo de orientação inicial predeterminado, podem ser usados para o primeiro ciclo de processo de informações. Em outras palavras, a distância e o ângulo de orientação que são os pontos de partida para a operação de integração podem ser calculados com o uso do feixe de luz padronizado 32a, ou podem ser definidos como os valores iniciais predeterminados. É desejável que a distância inicial predeterminada e o ângulo de orientação inicial predeterminado sejam uma distância e um ângulo de orientação determinados, levando-se pelo menos os ocupantes e a carga útil do veículo 10 em consideração. Por exemplo, a distância e o ângulo de orientação calculados com o uso do feixe de luz padronizado 32a que é projetado enquanto a chave de ignição do veículo 10 está ligada e quando a posição de mudança é movida da posição de estacionamento para outra posição podem ser usados como a distância inicial predeterminada e o ângulo de orientação inicial predeterminado. Desse modo, é possível obter a distância e o ângulo de orientação que não são afetados pelo rolamento ou passo do veículo 10 devido ao giro, aceleração ou desaceleração do veículo 10.

[053]A modalidade atualiza a distância e o ângulo de orientação com os valores numéricos mais recentes por: calcular as quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação; e adicionar sequencialmente as quantidades de alterações calculadas desse modo na distância e no ângulo de orientação. Em vez disso, entretanto, a quantidade de uma alteração apenas no ângulo de orientação da câmera 12 em relação à superfície de estrada 31 pode ser calculada e atualizada. Nesse caso, pode-se supor que a distância da câmera 12 até a superfície de estrada 31 permanece constante. Isso torna possível reduzir a carga de operação na ECU 13 enquanto minimiza o erro na estimativa da quantidade (ΔL) de movimento, levando-se a quantidade da alteração no ângulo de orientação em consideração, e aumentar a velocidade de operação da ECU 13.

[054]A seção de determinação de condição de detecção 28 determina se uma condição na qual o detector de ponto característico 23 detecta os pontos característicos Te é muito insatisfatória para satisfazer um primeiro critério ou não. Por exemplo, se como um pavimento de concreto dentro de um túnel, a superfície de estrada for menos padronizada e quase uniforme com partículas de mistura de asfalto, os pontos característicos detectáveis a partir de uma imagem da superfície de estrada diminui em número. O número reduzido de pontos característicos detectáveis torna difícil detectar continuamente os pontos característicos que são associados entre os quadros anteriores e atuais, e reduz a precisão com a qual a distância e o ângulo de orientação são atualizados.

[055]Como uma medida contra esse problema, a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição sob a qual o detector de ponto característico 23 detecta os pontos característicos Te é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério, se, por exemplo, o número de pontos característicos, cujas posições em relação à câmera 12 são calculadas e podem ser detectadas a partir de uma imagem obtida no ciclo de processo de informações subsequente, for igual ou menor que um valor limiar predeterminado (três, por exemplo). Em outras palavras, se quatro ou mais pontos característicos associados entre os quadros anteriores e atuais não puderem ser detectados, a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição sob a qual os pontos característicos Te são detectados é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério. Consequentemente, pelo menos três pontos característicos associados entre os quadros anteriores e atuais são necessários para obter as quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação. Isso ocorre devido ao fato de que três pontos característicos são necessários para definir o plano G. Uma vez que mais pontos característicos são necessários para aumentar a precisão de estimação, é desejável que o valor limiar predeterminado seja quatro, cinco ou mais.

[056]Se a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição sob a qual os pontos característicos são detectados satisfaz o primeiro critério, o calculador de autoposição 26 retém os pontos de partida para as operações de integração como os mesmos estão. Por outro lado, se a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição sob a qual os pontos característicos são detectados é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério, o calculador de autoposição 26 redefine os pontos de partida para as operações de integração (o ângulo de orientação e a posição inicial do veículo) na distância e no ângulo de orientação calculados pelo calculador de ângulo de orientação 22 (consultar a Figura 1) no mesmo ciclo de processo de informações, e na posição do veículo obtida no momento do cálculo. Posteriormente, o calculador de autoposição 26 começa a adicionar a quantidade de alteração na orientação do veículo aos pontos de partida definidos desse modo.

[057] Na primeira modalidade, com base no número de pontos característicos associados entre os quadros anteriores e atuais, a seção de determinação de condição de detecção 28 determina sob qual condição os pontos característicos são detectados. Em vez disso, entretanto, deve-se notar que a seção de determinação de condição de detecção 28 pode ser configurada de modo que, com base no número total N de pontos característicos detectados a partir de uma imagem, a seção de determinação de condição de detecção 28 determina sob qual condição os pontos característicos são detectados. De maneira específica, a configuração pode ser de modo que se o número total N de pontos característicos detectados a partir de uma imagem for igual ou menor que um valor limiar predeterminado (9, por exemplo), a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição sob a qual os pontos característicos são detectados é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério. Um valor limiar para o número total N pode ser definido em um valor numérico (9) três vezes o valor limiar predeterminado (3) porque existe a probabilidade de que alguns dos pontos característicos detectados não possam ser associados entre os quadros anteriores e atuais.

[058]A seção de determinação de estado de cálculo 29 determina se um estado de cálculo da distância e do ângulo de orientação pelo calculador de ângulo de orientação 22 é muito insatisfatório para satisfazer o segundo critério ou não. Por exemplo, em um caso em que o feixe de luz padronizado é projetado sobre uma saliência na superfície de estrada 31, a precisão do cálculo da distância e do ângulo de orientação diminui significativamente porque a saliência na superfície de estrada 31 é maior que dentes e projeções do pavimento de asfalto. Se a condição sob a qual os pontos característicos são detectados é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério e, simultaneamente, se o estado do cálculo da distância e do ângulo de orientação for muito insatisfatório para satisfazer o segundo critério, não haveria, de outro modo, meios para detectar precisamente a distância e o ângulo de orientação, assim como, as quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação.

[059]Levando-se isso em consideração, a seção de determinação de estado de cálculo 29 determina que o estado do cálculo da distância e do ângulo de orientação pelo calculador de ângulo de orientação 22 é muito insatisfatório para satisfazer o segundo critério, se desvios padrões da distância e do ângulo de orientação calculados pelo calculador de ângulo de orientação 22 forem maiores que os valores limiares predeterminados. Além disso, se o número de luzes direcionadas detectadas dentre as 35 luzes direcionadas for menor que três, a seção de determinação de estado de cálculo 29 determina que o estado do cálculo da distância e do ângulo de orientação pelo calculador de ângulo de orientação 22 é muito insatisfatório para satisfazer o segundo critério, uma vez que teoricamente, a equação de plano da superfície de estrada 31 não pode ser obtida a partir de tal pequeno número de luzes direcionadas detectadas. Em um caso em que a equação de plano é obtida com o uso do método dos mínimos quadrados, se um valor absoluto do valor máximo entre as diferenças entre as luzes direcionadas e o plano obtido pela equação de plano for igual ou maior que um determinado valor limiar (0,05 m, por exemplo), a seção de determinação de estado de cálculo 29 pode determinar que o estado do cálculo da distância e do ângulo de orientação pelo calculador de ângulo de orientação 22 é muito insatisfatório para satisfazer o segundo critério.

[060]Se a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição sob a qual os pontos característicos são detectados é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério e, simultaneamente, se a seção de determinação de estado de cálculo 29 determina que o estado do cálculo da distância e do ângulo de orientação pelo calculador de ângulo de orientação 22 é muito insatisfatório para satisfazer o segundo critério, o calculador de autoposição 26 usa a distância e o ângulo de orientação obtidos no ciclo de processo de informações anterior, assim como a posição atual do veículo, como os pontos de partida para as operações de integração. Isso torna possível minimizar um erro no cálculo da quantidade de movimento do veículo.

[061]O controlador de feixe de luz padronizado 27 controla a projeção do feixe de luz padronizado 32a pelo projetor de luz 11. Por exemplo, após a chave de ignição do veículo 10 ser ligada, uma vez que o aparelho de cálculo de autoposição se torna ativado, o controlador de feixe de luz padronizado 27 começa a projetar o feixe de luz padronizado 32a. Posteriormente, até o aparelho de cálculo de autoposição parar sua operação, o controlador de feixe de luz padronizado 27 continua projetando o feixe de luz padronizado 32a. De outro modo, o controlador de feixe de luz padronizado 27 pode ser configurado para ligar e desligar alternadamente a projeção de luz em intervalos predeterminados. Em vez disso, o controlador de feixe de luz padronizado 27 pode ser configurado para projetar temporariamente o feixe de luz padronizado 32a apenas quando a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição sob a qual os pontos característicos Te são detectados é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério.

[062]A seção de determinação de brilho (seção de determinação de condição de detecção de feixe de luz padronizado) 25 determina se uma condição detectada do feixe de luz padronizado obtida com a câmera 12 é igual ou maior que um valor limiar predeterminado ou não. Por exemplo, a seção de determinação de brilho 25 determina se o valor de brilho médio (a condição detectada do feixe de luz padronizado) de uma imagem obtida com a câmera 12 é igual ou maior que um B- ésimo valor limiar de brilho de superfície de estrada (valor limiar predeterminado) ou não. Consequentemente, a seção de determinação de brilho 25 pode determinar se a iluminação em uma imagem obtida com a câmera 12 é igual ou maior que um valor limiar ou não. Além disso, em vez da seção de determinação de brilho 25, um sensor de luminância pode ser instalado no veículo.

[063]O B-ésimo valor limiar de brilho de superfície de estrada pode ser obtido previamente com o uso do seguinte procedimento, por exemplo. Em primeiro lugar, após o veículo ser colocado em um estado vazio sem pessoas, bagagem, combustível, etc. no veículo, uma imagem de uma superfície de estrada pavimentada com asfalto é capturada com a câmera 12 projetando-se um feixe de luz padronizado sobre a superfície de estrada. Nesse caso, disposições são realizadas de modo que o brilho da superfície de estrada pavimentada com asfalto na imagem possa ser substancialmente uniforme. Por exemplo, a imagem da superfície de estrada é capturada com o ambiente de luz ajustado de modo que 95% dos pixels que não representam nenhum feixe de luz padronizado tenham brilho dentro de 20 pontos de escala do valor de brilho médio. Consequentemente, as representações supõem que o valores de brilho das imagens obtidas com a câmera 12 estão dentro de uma faixa de 0 a 255 (em que 0 representa o brilho mais escuro, e 255 representa o brilho mais claro). Posteriormente, na imagem obtida, um valor de brilho médio Bp dos pixels que representam o feixe de luz padronizado e um valor de brilho médio Ba dos pixels que representam a superfície de estrada pavimentada com asfalto diferente do feixe de luz padronizado são comparados uns com os outros. Essa série de processos é repetida no início usando o valor de brilho médio Ba dos pixels que representam a superfície de estrada pavimentada com asfalto e, subsequentemente usando os valores obtidos adicionando-se 10 pontos de escala ao valor de brilho médio Ba toda vez que a série de processos for repetida. O B- ésimo valor limiar de brilho é definido como o valor de brilho médio aumentado desse modo Ba que satisfaz Bp x 0,7 < Ba. Em outras palavras, o B-ésimo valor limiar de brilho é definido como um valor do brilho da superfície de estrada pavimentada com asfalto que é aproximadamente 30% do brilho do feixe de luz padronizado.

[064]Quando a seção de determinação de brilho 25 determina que a condição detectada do feixe de luz padronizado é igual ou maior que o valor limiar predeterminado, o extrator de feixe de luz padronizado 21 sobrepõe um número de imagens predeterminado nos sucessivos quadros selecionados a partir das imagens obtidas com a câmera 12. Consequentemente, as seguintes descrições serão fornecidas supondo-se que as imagens nos quadros sucessivos armazenados na memória entre o passado e o presente sejam usadas como as imagens a serem sobrepostas. Todavia, as imagens a serem sobrepostas podem incluir imagens que a câmera 12 irá tirar entre o presente e o futuro. Posteriormente, o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai a posição do feixe de luz padronizado da imagem sobreposta gerada. O calculador de ângulo de orientação 22 pode calcular o ângulo de orientação do veículo em relação à superfície de estrada usando a posição do feixe de luz padronizado extraído da imagem sobreposta. Entretanto, o calculador de autoposição 26 pode começar a adicionar a quantidade de alteração na orientação definindo-se a posição inicial e o ângulo de orientação do veículo (os pontos de partida), respectivamente, na posição atual do veículo nesse momento e o ângulo de orientação do veículo calculado a partir da imagem sobreposta.

[065] Nesse aspecto, o extrator de feixe de luz padronizado 21 define o número predeterminado das imagens a serem sobrepostas, dependendo da condição detectada do feixe de luz padronizado na imagem obtida com a câmera 12. A condição detectada do feixe de luz padronizado pode ser representada por uma razão (razão entre S/N) entre o valor de brilho do feixe de luz padronizado e o valor de brilho da luz ambiente, por exemplo. O extrator de feixe de luz padronizado 21 aumenta o número de imagens a serem sobrepostas à medida que a razão entre S/N se torna menor (à medida que o ambiente externo se torna mais claro).

[066]Conforme mostrado na Figura 7(a), devido ao fato de que um número relativamente grande de imagens é necessário em um ambiente externo relativamente claro, uma quantidade de movimento do veículo necessária para obter um grupo de imagens é relativamente grande. Além disso, conforme mostrado na Figura 7(b), o número de imagens relativamente grande I1 é sobreposto para gerar uma imagem sobreposta I2. Por outro lado, conforme mostrado na Figura 8(a), devido ao fato de que um número de imagens relativamente pequeno é necessário em um ambiente externo relativamente escuro, uma quantidade de movimento do veículo necessária para obter um grupo de imagens é relativamente pequena. Além disso, conforme mostrado na Figura 8(b), o número de imagens relativamente pequeno I1 é sobposto para gerar uma imagem sobreposta I2.

[067]O número de imagens que necessitam ser sobrepostas para que o extrator de feixe de luz padronizado 21 extraia o feixe de luz padronizado pode ser definido usando o seguinte procedimento, por exemplo. Para começar, para cada um dentre o valor de brilho médio original Ba dos pixels que representam a superfície de estrada pavimentada com asfalto e os valores de brilho médios Ba obtidos adicionando-se sequencialmente 10 pontos de escala como quando o B- ésimo valor limiar de brilho é obtido, Rap = Ba/Bp, ou uma razão entre o valor de brilho médio Ba e o valor de brilho médio Bp dos pixels que representam o feixe de luz padronizado é obtida antecipadamente através de experimentos ou similar, e é armazenada na memória da ECU. Posteriormente, o controle real é realizado por: arredondar o valor de brilho médio das imagens obtidas com a câmera 12 para o decimal mais próximo; obter a razão Rap entre S/N usando o decimal mais próximo; obter Sn usando a Equação (5) dada abaixo referindo-se à razão Rap entre S/N obtida desse modo; arredondando-se Sn obtida desse modo para o número inteiro mais próximo; e definindo-se o número de imagens necessárias para extrair o feixe de luz padronizado para o número inteiro mais próximo:

[068] Em outras palavras, quando o valor de brilho médio Ba da superfície de estrada pavimentada com asfalto for aproximadamente 29% ou menos do valor de brilho médio Bp do feixe de luz padronizado, o número de imagens necessárias para extrair o feixe de luz padronizado é definido em 1. Quando o valor de brilho médio Ba for 75% do valor de brilho médio Bp, o número de imagens necessárias é definido em 8. Quando o valor de brilho médio Ba for 90% ou mais do valor de brilho médio Bp, o número de imagens necessárias é definido em 50. Consequentemente, uma vez que uma parte que representa a área sobre a qual o feixe de luz padronizado é projetado é suficientemente pequena em comparação com o total de cada imagem, o valor de brilho médio de toda a imagem pode ser calculado. De outro modo, o número de imagens necessárias pode ser definido em um número que faça uma taxa de sucesso da extração das luzes direcionadas do feixe de luz padronizado determinado se tornar 95% ou maior sobrepondo-se na verdade as imagens para extrair as luzes direcionadas em um experimento para obter razões Rap usando o valor de brilho médio Ba e os valores obtidos adicionando-se sequencialmente 10 pontos de escala ao valor de brilho médio Ba.

[069] Entretanto, conforme descrito abaixo, em um caso em que o extrator de feixe de luz padronizado 21 não pode gerar (tem dificuldade em gerar) a imagem sobreposta, a distância e o ângulo de orientação empregados para o ciclo de processo de informações anterior (doravante também denominado simplesmente como “valores anteriores”), ou a distância inicial predeterminada e o ângulo de orientação inicial predeterminado do veículo (também denominados simplesmente como “valores iniciais") são usados como os pontos de partida.

[070] Em primeiro lugar, existem casos em que uma razão entre S/N excessivamente pequena (um brilho excessivo) aumenta muito o tempo necessário para a operação de integração. Por exemplo, quando a razão Rap obtida referindo- se ao decimal mais próximo ao qual o valor de brilho médio das imagens obtidas com a câmera 12 é arredondado é 0,95 ou maior, ou quando o valor de brilho médio da superfície de estrada pavimentada com asfalto for 90% ou mais do valor de brilho médio do feixe de luz padronizado, muito tempo é necessário para gerar uma imagem sobreposta. Nesse caso, determina-se que a suposição de que a superfície de estrada altera ligeiramente enquanto uma imagem sobreposta está sendo gerada se torne irreal, ou que seja teoricamente difícil extrair o feixe de luz padronizado. Desse modo, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados como os pontos de partida.

[071] Em segundo lugar, existem casos em que o veículo funciona demasiadamente (a velocidade de veículo está muito rápida). Por exemplo, em um caso em que o veículo se move uma distância maior que 0,2 [m] enquanto um número definido de imagens a serem sobrepostas estão sendo capturadas, determina-se que a suposição de que a superfície de estrada altera ligeiramente se torna irreal; e nenhuma imagem sobreposta pode ser gerada. Nesse aspecto, no caso em que o valor de brilho médio Ba é 75% do valor de brilho médio Bp, o número de imagens necessárias a serem obtidas com uma câmera 1.000 fps para gerar uma imagem sobreposta é 8. Por essa razão, se a velocidade de veículo for igual ou maior que 90 km/h, que é obtida usando a Equação (6) fornecida abaixo, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados como os pontos de partida:

[072] Em terceiro lugar, existem casos em que a alteração na superfície de estrada (saliências ou irregularidade) é muito grande. Por exemplo, se determina se a condição de superfície de estrada ao redor do veículo altera em uma extensão igual ou maior que um valor limiar enquanto um número definido de imagens a serem sobrepostas estão sendo capturadas. Se mais do que 5% das imagens obtidas desse modo mostram que a condição de superfície de estrada ao redor do veículo altera na extensão igual ou maior que o valor limiar, determina-se que a suposição de que a superfície de estrada altera ligeiramente se torna inválida. Desse modo, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados como os pontos de partida. Consequentemente, como determinar a alteração na superfície de estrada será descrito em uma segunda modalidade em detalhes.

[073]As Figuras 9(a) a 9(d) mostram respectivamente uma alteração em um sinalizador de redefinição, uma alteração no número de imagens a serem sobrepostas, uma alteração na condição sob a qual os pontos característicos são detectados, e uma alteração no número de pontos característicos associados, no aparelho de cálculo de autoposição da primeira modalidade. Por exemplo, nos ciclos de processo de informações no tempo t11 e tempo t12, uma vez que o número de pontos característicos associados se torna igual ou menor que 3, conforme mostrado na Figura 9(d), determina-se que a condição sob a qual os pontos característicos são detectados se torne insatisfatória, conforme mostrado na Figura 9(c). Em resposta a isso, o sinalizador de redefinição é definido em “1”, conforme mostrado na Figura 9(a).

[074]No ciclo de processo de informações no tempo t11, conforme mostrado na Figura 9(b), o extrator de feixe de luz padronizado 21 define o número de imagens a serem sobrepostas em 1 (ou decide sobrepor nenhuma imagem) a partir do valor de brilho médio das imagens obtidas com a câmera 12. Desse modo, o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai o feixe de luz padronizado da única imagem obtida no ciclo de processo de informações atual no tempo t11.

[075]Entretanto, no ciclo de processo de informações no tempo t12, conforme mostrado na Figura 9(b), o extrator de feixe de luz padronizado 21 define o número de imagens a serem sobrepostas em 2 a partir do valor de brilho médio das imagens obtidas com a câmera 12. Além disso, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera uma imagem sobreposta sobrepondo-se duas imagens, ou seja, uma imagem obtida com a câmera 12 no tempo t12 e uma imagem obtida com a câmera 12 no ciclo de processo de informações anterior (somando-se os valores de brilho). Desse modo, o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai o feixe de luz padronizado da imagem sobreposta. Ciclo de Processo de Informações

[076]A seguir, como um exemplo de um método de cálculo de autoposição de estimação da quantidade de movimento do veículo 10 da imagem 38 obtida com a câmera 12, o ciclo de processo de informações a ser repetidamente realizado pela ECU 13 será descrito com referência às Figuras 10 e 11. O ciclo de processo de informações mostrado em um fluxograma da Figura 10 é iniciado ao mesmo tempo que o aparelho de cálculo de autoposição se torna ativado após a chave de ignição do veículo 10 ser ligada, e é repetidamente realizado até o aparelho de cálculo de autoposição interromper sua operação.

[077]Na etapa S01 na Figura 10, o controlador de feixe de luz padronizado 27 controla o projetor de luz 11 para fazer com que o projetor de luz 11 projete o feixe de luz padronizado 32a sobre a superfície de estrada 31. Usando-se o fluxograma na Figura 10, descrições serão fornecidas para o caso em que o feixe de luz padronizado 32a é continuamente projetado.

[078] Prosseguindo para a etapa S11, a ECU 13 controla a câmera 12 para obter a imagem 38 fazendo com que a câmera 12 dispare na superfície de estrada 31 ao redor do veículo 10, inclusive de uma área do feixe de luz padronizado projetado 32a. A ECU 13 armazena os dados sobre a imagem obtida com a câmera 12 na memória. Deve-se notar que a ECU 13 tem capacidade para controlar automaticamente o diafragma da câmera 12. A ECU 13 pode ser configurada para realizar um controle de realimentação do diafragma da câmera 12 de modo que faça um valor de brilho da próxima imagem se tornar igual a um valor médio entre os valores máximos e mínimos de acordo com uma média do brilho da imagem 38 obtida no ciclo de processo de informações anterior. De outro modo, mediante o valor do brilho da área do feixe de luz padronizado projetado 32a, a ECU 13 pode obter um valor médio do brilho da imagem previamente obtida 38 a partir de uma área fora de uma parte a partir da qual o feixe de luz padronizado 32a é extraído.

[079] Prosseguindo para a etapa S12, a seção de determinação de brilho 25 lê a imagem 38 obtida com a câmera 12 a partir da memória, e determina se o brilho médio da imagem é menor que o B-ésimo valor limiar de brilho de superfície de estrada. Se a seção de determinação de brilho 25 determina que o brilho médio da imagem é menor que o B-ésimo valor limiar de brilho de superfície de estrada, a ECU prossegue para a etapa S15.

[080] Prosseguindo para a etapa S15, para começar, o extrator de feixe de luz padronizado 21 lê a imagem 38 obtida com a câmera 12 a partir da memória, e extrai a posição do feixe de luz padronizado 32a da imagem 38, conforme mostrado na Figura 4(c). O extrator de feixe de luz padronizado 21 armazena as coordenadas (Uj, Vj) das luzes direcionadas Sp na imagem, que são calculadas como os dados na posição do feixe de luz padronizado 32a, na memória.

[081] Por outro lado, se for determinado na etapa S12 que o brilho médio da imagem é igual ou maior que o B-ésimo valor limiar de brilho de superfície de estrada, a ECU prossegue para a etapa S13. Na etapa S13, o extrator de feixe de luz padronizado 21 define o número de imagens (o número de quadros) necessárias para extrair o feixe de luz padronizado do brilho médio da imagem obtida com a câmera 12.

[082] Na etapa S14, o extrator de feixe de luz padronizado 21 lê a imagem 38 obtida com a câmera 12 a partir da memória, e sobrepõe o número definido de imagens nos quadros sucessivos somando os valores de brilho) para gerar uma imagem sobreposta. Além disso, o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai a posição do feixe de luz padronizado 32a da imagem sobreposta gerada desse modo. O extrator de feixe de luz padronizado 21 armazena as coordenadas (Uj, Vj) das luzes direcionadas Sp na imagem, que são calculadas como os dados sobre a posição do feixe de luz padronizado 32a, na memória.

[083] Na etapa S16, o calculador de ângulo de orientação 22 lê os dados sobre a posição do feixe de luz padronizado 32a extraído na etapa S14 ou S15 a partir da memória, calcula a distância e o ângulo de orientação a partir da posição do feixe de luz padronizado 32a, e armazena a distância e o ângulo de orientação calculados desse modo na memória.

[084] Prosseguindo para a etapa S17, a ECU 13 detecta pontos característicos da imagem 38, e extrai pontos característicos que podem ser associados entre os ciclos de processo de informações anteriores e atuais. A partir das posições (Ui, Vi) dos pontos característicos associados desse modo na imagem, a ECU 13 calcula as quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação, assim como a quantidade de movimento do veículo.

[085]De maneira específica, para começar, o detector de ponto característico 23 lê a imagem 38 obtida com a câmera 12 a partir da memória, detecta pontos característicos na superfície de estrada 31 da imagem 38, e armazena as posições (Ui, Vi) dos pontos característicos detectados desse modo na imagem na memória. O calculador de quantidade de alteração de orientação 24 lê as posições (Ui, Vi) dos respectivos pontos característicos na imagem a partir da memória. A partir da distância e do ângulo de orientação, assim como das posições (Ui, Vi) dos pontos característicos na imagem, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 calcula as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos em relação à câmera 12. Consequentemente, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 usa a distância e o ângulo de orientação set na etapa S16 no ciclo de processo de informações anterior. O calculador de quantidade de alteração de orientação 24 armazena as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos em relação à câmera 12 na memória.

[086] Posteriormente, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 armazena as posições (Ui, Vi) dos pontos característicos na imagem, e as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos em relação à câmera 12 calculadas na etapa S17 no ciclo de processo de informações anterior, a partir da memória. Usando-se as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos associados entre os ciclos de processo de informações anteriores e atuais, assim como as posições (Ui, Vi) dos pontos característicos associados desse modo na imagem, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 calcula as quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação. Além disso, usando as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos calculados no ciclo de processo de informações anterior e as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos calculados no ciclo de processo de informações atual, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 calcula a quantidade de movimento do veículo. As “quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação” e a “"quantidade de movimento do veículo” são usadas no processo na etapa S19.

[087] Prosseguindo para a etapa S18, a ECU 13 define os pontos de partida para as operações de integração, dependendo da condição sob a qual os pontos característicos são detectados, e o estado de cálculo da distância e do ângulo de orientação usando o feixe de luz padronizado. As descrições detalhadas para isso serão fornecidas posteriormente com referência à Figura 11.

[088] Prosseguindo para a etapa S19, o calculador de autoposição 26 calcula a posição atual do veículo a partir dos pontos de partida para as operações de integração definidas no processo na etapa S18, e a quantidade de movimento do veículo calculada no processo na etapa S17.

[089]O aparelho de cálculo de autoposição da modalidade pode calcular eventualmente a posição atual do veículo 10 somando-se a quantidade de movimento do veículo enquanto realiza repetidamente a série de ciclos de processo de informações descrita acima.

[090] Referindo-se a um fluxograma na Figura 11, descrições detalhadas serão fornecidas para um procedimento para a etapa S18 na Figura 10. Na etapa S100, a ECU 13 determina se o ciclo de processo de informações atual é um ciclo realizado pela primeira vez ou não. Se o ciclo de processo de informações atual for realizado pela primeira vez, ou se não houverem dados no ciclo de processo de informações anterior, a ECU 13 prossegue para a etapa S104. Se o ciclo de processo de informações atual não for um ciclo realizado pela primeira vez time, a ECU 13 prossegue para a etapa S101.

[091]Na etapa S101, a seção de determinação de condição de detecção 28 determina se a condição sob a qual o detector de ponto característico 23 detecta os pontos característicos Te é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério ou não. Se a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição é insatisfatória (se SIM na etapa S101), a ECU 13 prossegue para a etapa S102. Se a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição não é insatisfatória (se NÃO na etapa S101), a ECU 13 prossegue para a etapa S106. Na etapa S106, a ECU 13 retém os pontos de partida para as operações de integração como os mesmos estão.

[092]Na etapa S102, a ECU 13 determina se uma imagem sobreposta já foi gerada. Os exemplos do caso em que nenhuma imagem sobreposta foi gerada ainda incluem um caso em que a imagem sobreposta ainda está no processo de ser gerada porque demora muito para obter o número de imagens predeterminado que inclui imagens a serem obtidas no futuro, e um caso em que é teoricamente impossível ou difícil gerar uma imagem sobreposta. Se determinar que nenhuma imagem sobreposta foi gerada ainda (se NÃO na etapa S102), a ECU 13 prossegue para a etapa S103. Se determinar que uma imagem sobreposta já foi gerada (se SIM na etapa S102), a ECU 13 prossegue para a etapa S104.

[093]Na etapa S103, a seção de determinação de estado de cálculo 29 determina se o estado de cálculo da distância e do ângulo de orientação pelo calculador de ângulo de orientação 22 é muito insatisfatório para satisfazer o segundo critério ou não. Por exemplo, a seção de determinação de estado de cálculo 29 determina se o calculador de ângulo de orientação 22 é bem-sucedido no cálculo da distância e do ângulo de orientação ou não. Se a seção de determinação de estado de cálculo 29 determina que o calculador de ângulo de orientação 22 é bem-sucedido na mesma (se SIM na etapa S103), a ECU 13 prossegue para a etapa S104. Se a seção de determinação de estado de cálculo 29 determina que o calculador de ângulo de orientação 22 não é bem-sucedido na mesma (se NÃO na etapa S103), a ECU 13 prossegue para a etapa S105.

[094]Na etapa S104, a ECU 13 define o ponto de partida na posição atual do veículo, e define adicionalmente os pontos de partida para as operações de integração na distância e no ângulo de orientação calculados na etapa S16 no mesmo ciclo de processo de informações. Com o uso da distância e do ângulo de orientação como os pontos de partida, a ECU 13 realiza novamente as operações de integração. Além disso, com o uso da posição atual do veículo como o ponto de partida, a ECU 13 realiza novamente a operação de integração na quantidade de movimento do veículo.

[095]Na etapa S105, a ECU 13 define o ponto de partida na posição atual do veículo, e define adicionalmente os pontos de partida para as operações de integração na distância e no ângulo de orientação empregados no ciclo de processo de informações anterior. Com o uso da distância e do ângulo de orientação como os pontos de partida, a ECU 13 realiza novamente as operações de integração. Além disso, com o uso da posição atual do veículo como o ponto de partida, a ECU 13 realiza novamente a operação de integração na quantidade de movimento do veículo. Posteriormente, a ECU 13 prossegue para a etapa S19 na Figura 10.

Efeitos da Primeira Modalidade

[096]Conforme descrito acima, de acordo com a primeira modalidade, a seção de determinação de brilho 25 realiza uma determinação sobre a condição detectada do feixe de luz padronizado. Se a condição detectada do feixe de luz padronizado for igual ou maior que o valor limiar predeterminado, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera a imagem sobreposta sobrepondo-se imagens nos quadros sucessivos entre os quadros anteriores e atuais, e extrai o feixe de luz padronizado da imagem sobreposta. Por essas razões, mesmo quando o ambiente externo estiver claro, o feixe de luz padronizado projetado sobre a superfície de estrada pode ser precisamente detectado. Consequentemente, a autoposição do veículo pode ser precisamente calculada.

[097]Além disso, o número de imagens necessárias para que o extrator de feixe de luz padronizado 21 gere a imagem sobreposta é definido dependendo da condição detectada do feixe de luz padronizado, tal como o brilho médio da imagem obtida com a câmera 12. Por essa razão, o valor do brilho do feixe de luz padronizado a ser detectado pode ser controlado dependendo de quão claro ambiente externo está. Consequentemente, o feixe de luz padronizado pode ser precisamente detectado.

[098]Além disso, como na etapa S102 na Figura 11, a distância e o ângulo de orientação empregados no ciclo de processo de informações anterior, ou distância inicial predeterminada e o ângulo de orientação inicial predeterminado, são usados como os pontos de partida enquanto a imagem sobreposta está sendo gerada. Por essa razão, um erro no cálculo da autoposição pode ser inibido.

[099]Deve-se notar que na etapa S105 na Figura 11, a ECU 13 pode definir os pontos de partida para as operações de integração na distância inicial predeterminada e no ângulo de orientação inicial predeterminado em vez da distância e do ângulo de orientação empregados no ciclo de processo de informações anterior. De maneira detalhada, se a seção de determinação de condição de detecção 28 determina que a condição sob a qual os pontos característicos são detectados é muito insatisfatória para satisfazer o primeiro critério, e, simultaneamente, se a seção de determinação de estado de cálculo 29 determina que o estado do cálculo da distância e do ângulo de orientação pelo calculador de ângulo de orientação 22 é muito insatisfatório para satisfazer o segundo critério, o calculador de autoposição 26 pode definir os pontos de partida para as operações de integração na distância inicial predeterminada e no ângulo de orientação inicial predeterminado, levando-se pelo menos ocupantes e carga no veículo em consideração. Por exemplo, o calculador de autoposição 26 pode usar a distância e o ângulo de orientação calculados na etapa S16 no ciclo de processo de informações imediatamente após o aparelho de cálculo de autoposição ser ativado. Por essa razão, a ECU 13 pode atualizar a distância e o ângulo de orientação, e calcular a quantidade do movimento, definindo-se os pontos de partida na distância e no ângulo de orientação que não são afetados pelo rolamento ou passo do veículo 10 devido ao giro, aceleração ou desaceleração do veículo 10.

Segunda Modalidade Configuração de Hardware

[0100]Descrições serão fornecidas para uma segunda modalidade da presente invenção, ou um caso em que a autoposição de um veículo é calculada com base em uma alteração em uma condição de superfície de estrada ao redor do veículo. Conforme mostrado na Figura 12, um aparelho de cálculo de autoposição da segunda modalidade é diferente daquele da primeira modalidade, pelo fato de que o aparelho de cálculo de autoposição da segunda modalidade inclui uma seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 em vez da seção de determinação de condição de detecção 28 e da seção de determinação de estado de cálculo 29. O restante da configuração do aparelho de cálculo de autoposição da segunda modalidade é igual àquela da primeira modalidade. Por essa razão, a descrição do restante da configuração será omitida.

[0101]A seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 detecta alterações nas condições da superfície de estrada ao redor do veículo, e determina se as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar ou não. Se a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar, o calculador de autoposição 26 se mantém na posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior. Desse modo, o calculador de ângulo de orientação 22 para de calcular a distância e o ângulo de orientação do veículo 10 em relação à superfície de estrada. Entretanto, o calculador de autoposição 26 calcula a posição atual do veículo no presente, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, adicionando-se a quantidade de alteração na orientação à posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior.

[0102]Nesse aspecto, descrições serão fornecidas para como determinar as alterações nas condições da superfície de estrada. Nessa modalidade, as 35 luzes direcionadas (5x7) do feixe de luz padronizado 32a são projetadas na superfície de estrada. Levando-se isso em consideração, por exemplo, se apenas 80% ou menos das 35 luzes direcionadas, ou apenas 28 ou menos luzes direcionadas, puderem ser detectadas na imagem obtida com a câmera 12, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que: a superfície de estrada se torna muito não uniforme ou irregular; e as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar.

[0103]Em vez disso, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 pode estimar as alterações nas condições da superfície de estrada a partir de uma quantidade de alterações nas alturas da superfície de estrada. A quantidade de alterações nas alturas da superfície de estrada pode ser detectada a partir de oscilações de um valor detectado por um sensor de curso fixado à suspensão de cada roda do veículo. Por exemplo, se as oscilações do valor detectado pelo sensor de curso se tornam iguais ou maiores que 1 Hz, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 estima que a superfície de estrada se torna muito não uniforme ou irregular, e determina que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar. De maneira alternativa, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 pode ser configurada para: calcular uma velocidade na direção vertical integrando-se os valores detectados por um sensor de aceleração para medir a aceleração na direção vertical; e, desse modo, determinar que a superfície de estrada se torna muito não uniforme ou irregular e as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar, quando uma alteração na direção da velocidade se torna igual ou maior que 1 Hz.

[0104]De outro modo, a quantidade de alterações nas alturas da superfície de estrada pode ser estimada a partir da posição do feixe de luz padronizado 32a na imagem capturada com a câmera 12. Na modalidade, o feixe de luz padronizado 32a conforme mostrado na Figura 13 é projetado sobre a superfície de estrada 31. Nesse caso, uma linha 71 que une as luzes direcionadas do feixe de luz padronizado 32a em uma direção X, e uma linha 73 que une as luzes direcionadas do feixe de luz padronizado 32a em uma direção Y são desenhadas. Posteriormente, se, conforme indicado por um ponto 75, a inclinação de qualquer uma desses linhas alterar 15 ou mais graus no meio da linha, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 estima que a superfície de estrada se torna muito não uniforme ou irregular, e determina que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar. Em vez disso, conforme mostrado na Figura 13, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 pode determinar que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar se uma diferença entre distâncias d1, d2 entre luzes direcionadas adjacentes alterar tanto quanto ou mais que 50%.

[0105]Uma vez que a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30, desse modo, determina que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar, o calculador de autoposição 26 se mantém na posição atual do veículo 10, assim como, a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior. Desse modo, o calculador de ângulo de orientação 22 para de calcular a distância e o ângulo de orientação do veículo 10 em relação à superfície de estrada. Entretanto, o calculador de autoposição 26 calcula a posição atual do veículo 10 no presente, assim como, a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 no presente em relação à superfície de estrada, adicionando-se a quantidade de alteração na orientação à posição atual do veículo 10, assim como, a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior.

[0106]Por exemplo, conforme mostrado na Figura 14(e), a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 monitora o número de luzes direcionadas detectadas, e define o valor limiar em 28 que corresponde a 80% das 35 luzes direcionadas. Nesse caso, embora tenha capacidade de detectar 28 ou mais luzes direcionadas, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 define um sinalizador de cálculo de ângulo de orientação em “1”. Desse modo, o calculador de ângulo de orientação 22 calcula a distância e o ângulo de orientação do veículo 10 em relação à superfície de estrada. Entretanto, o calculador de autoposição 26 calcula a autoposição atual do veículo por: calcular a distância e o ângulo de orientação atuais usando a distância e o ângulo de orientação do veículo calculados pelo calculador de ângulo de orientação 22; e adicionar (continuar a operação de integração) a quantidade de movimento do veículo à posição atual do veículo 10 que é calculada no ciclo de processo de informações anterior.

[0107]Entretanto, no tempo t21 quando o número de luzes direcionadas detectadas se torna menor que o valor limiar, o calculador de autoposição 26 comuta o sinalizador de cálculo de ângulo de orientação para “0”. Desse modo, os pontos de partida são mantidos na posição atual do veículo 10, assim como, a na distância e no ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior. O calculador de ângulo de orientação 22 para de calcular a distância e o ângulo de orientação do veículo 10. Desse modo, o calculador de autoposição 26 calcula a posição atual do veículo no presente, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo no presente em relação à superfície de estrada, adicionando-se a quantidade de alteração na orientação à posição atual do veículo 10, assim como, a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior.

[0108]Posteriormente, no tempo t22 quando o número de luzes direcionadas detectadas se torna maior que i valor limiar novamente, o sinalizador de cálculo de ângulo de orientação é definido em “1”. O calculador de ângulo de orientação 22 retoma o cálculo da distância e do ângulo de orientação do veículo 10. Desse modo, o calculador de autoposição 26 calcula a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 usando a distância e o ângulo de orientação do veículo 10 calculados pelo calculador de ângulo de orientação 22. Conforme descrito acima, quando as condições da superfície de estrada alteram em uma extensão maior, o aparelho de cálculo de autoposição da modalidade usa a posição atual do veículo 10, assim como, a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior. Por essa razão, mesmo quando as condições da superfície de estrada alteram em uma extensão maior, a aparelho de cálculo de autoposição da modalidade tem capacidade para calcular a autoposição do veículo 10 de maneira precisa e estável.

[0109]Como na primeira modalidade, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera uma imagem sobreposta sobrepondo-se um número de imagens predeterminado, se uma condição detectada do feixe de luz padronizado for igual ou maior que o valor limiar predeterminado. O extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai o feixe de luz padronizado da imagem sobreposta gerada.

[0110]Além disso, em um caso em que uma grande alteração na superfície de estrada impede a geração de uma imagem sobreposta, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados como os pontos de partida. Por exemplo, enquanto o número definido de imagens a serem sobrepostas está sendo capturado, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina se a superfície de estrada ao redor do veículo altera em uma extensão igual ou maior que um valor limiar ou não. Quando determina que a superfície de estrada altera naquela extensão em 5% ou mais do número definido das imagens, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que a suposição de que a superfície de estrada altera ligeiramente se torna irreal. Desse modo, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados como os pontos de partida.

[0111]As Figuras 14(a) a 14(b) mostram uma alteração em um sinalizador de redefinição, uma alteração no número de imagens a serem sobrepostas, uma alteração em uma condição de superfície de estrada entre uma condição boa e uma condição insatisfatória, e alterações nos tamanhos de saliências e irregularidade da superfície de estrada, no aparelho de cálculo de autoposição da segunda modalidade. Conforme mostrado na Figura 14(b), se determina em intervalos predeterminados se a imagem sobreposta deve ser redefinida ou não. Nesse aspecto, cada intervalo predeterminado é um período de 10 quadros. Todavia, cada intervalo predeterminado pode ser um período de 10 segundos.

[0112]Entre os tempos t21 e t22, assim como entre os tempos t24 e t25, as saliências e irregularidade da superfície de estrada são iguais ou menores que o valor limiar, conforme mostrado na Figura 14(e), e determina-se que a condição de superfície de estrada seja insatisfatória, conforme mostrado na Figura 14(d). Desse modo, mesmo que temporizações de redefinição ocorram nos intervalos predeterminados, conforme mostrado na Figura 14(b), o sinalizador de redefinição é deixado inalterado em “0”, conforme mostrado na Figura 14(a), e nenhuma imagem sobreposta é gerada.

[0113]Entretanto, no tempo t23, uma das temporizações de redefinição nos intervalos predeterminados ocorre, conforme mostrado na Figura 14(b), e determina- se que a condição de superfície de estrada seja boa, conforme mostrado na Figura 14(d). Desse modo, o sinalizador de redefinição é definido em "1", conforme mostrado na Figura 14(a). Conforme mostrado na Figura 14(c), o extrator de feixe de luz padronizado 21 define o número de imagens a serem sobrepostas em 3 com base no valor de brilho médio da imagem obtida com a câmera 12. Além disso, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera uma imagem sobreposta sobrepondo-se duas imagens obtidas com a câmera 12 no último e no penúltimo quadros em uma imagem obtida com a câmera 12 no tempo t23. Posteriormente, o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai o feixe de luz padronizado da imagem sobreposta gerada desse modo.

Ciclo de Processo de Informações

[0114]A seguir, usando-se as Figuras 15 e 16, descrições serão fornecidas para um método de cálculo de autoposição da segunda modalidade da presente invenção. Os procedimentos para as etapas S20 a S27 e S29 mostrados na Figura 15 são iguais àqueles para as etapas S10 a S17 e S19 mostradas na Figura 10. Por essa razão, as descrições para tais procedimentos serão omitidas.

[0115]Na etapa S28, a ECU 13 define os pontos de partida para as operações de integração para calcular a autoposição do veículo dependendo de uma alteração na condição de superfície de estrada ao redor do veículo. Referindo- se a um fluxograma na Figura 16, descrições serão fornecidas para um procedimento detalhado para a etapa S28 na Figura 15.

[0116]Conforme mostrado na Figura 16, na etapa S201, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina se um intervalo predeterminado decorreu ou não. O intervalo predeterminado pode ser definido em uma duração de tempo que permita que a câmera obtenha um número suficiente de imagens necessárias para que o extrator de feixe de luz padronizado 21 gere uma imagem sobreposta, por exemplo. A seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 monitora se um pulso de contagem de intervalo ocorre. Uma vez que o pulso de contagem de intervalo, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que um intervalo predeterminado decorreu, conforme descrito na Figura 14. Desse modo, a ECU prossegue para a etapa S202. Por outro lado, se nenhum pulso de contagem de intervalo ocorrer, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que nenhum intervalo predeterminado ainda decorreu. Desse modo, a ECU prossegue para a etapa S205.

[0117]Na etapa S202, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 detecta uma alteração na condição de superfície de estrada ao redor do veículo. De maneira específica, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 detecta quantas das luzes direcionadas no feixe de luz padronizado 32a são detectadas, ou detecta flutuações nos valores detectados pelo sensor de curso fixado a cada roda. De outro modo, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 pode ser configurada para calcular uma velocidade na direção vertical integrando-se valores detectados por um sensor de aceleração para medir a aceleração do veículo na direção vertical, ou para detectar a posição do feixe de luz padronizado 32a.

[0118]Subsequentemente, na etapa S203, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina se as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar ou não. Por exemplo, em um caso em que a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 é configurada para detectar o número de luzes direcionadas do feixe de luz padronizado 32a, se apenas 28 luzes direcionadas ou menos das 35 luzes direcionadas puderem ser detectadas na imagem obtida com a câmera, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que: a superfície de estrada se torna muito não uniforme ou irregular; e as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar.

[0119]De outro modo, no caso de usar o sensor de curso, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar se as oscilações do valor detectado se tornam iguais ou maiores que 1 Hz. Além disso, em um caso em que a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 é configurada para usar o sensor de aceleração, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 calcula a velocidade na direção vertical integrando-se os valores detectados pelo sensor de aceleração. Se as alterações na direção da velocidade se tornam iguais ou maiores que 1 Hz, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar.

[0120]Além disso, em um caso em que a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 é configurada para usar a posição do feixe de luz padronizado 32a, se a inclinação de uma das linhas que unem as luzes direcionadas altera 15 ou mais graus em seu meio da linha, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar. De outro modo, se uma diferença entre distâncias entre luzes direcionadas adjacentes altera tanto quanto ou mais que 50%, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 pode determinar que as condições da superfície de estrada alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar.

[0121]Conforme descrito acima, a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina se as condições da superfície de estrada ao redor do veículo alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar ou não. Se a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que as condições da superfície de estrada ao redor do veículo alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar (SIM na etapa S203), o procedimento prossegue para a etapa S204. Por outro lado, se a seção de determinação de condição de superfície de estrada 30 determina que as condições da superfície de estrada ao redor do veículo does não alteram tanto quanto ou mais que o valor limiar (NÃO na etapa S203), o procedimento prossegue para a etapa S205.

[0122]Na etapa S204, o calculador de autoposição 26 mantém a posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, na posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior. Em outras palavras, o calculador de autoposição 26 define a posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior, como os pontos de partida da operação de integração.

[0123]Desse modo, o calculador de ângulo de orientação 22 para de calcular a distância e o ângulo de orientação do veículo 10 em relação à superfície de estrada. Entretanto, o calculador de autoposição 26 calcula a posição atual do veículo 10 no presente, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 no presente em relação à superfície de estrada, adicionando-se a quantidade de alteração na orientação à posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações anterior.

[0124]Por outro lado, na etapa S205, o calculador de autoposição 26 define os pontos de partida da operação de integração na posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados na etapa S15 no ciclo de processo de informações atual. Desse modo, o calculador de autoposição 26 calcula a posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, adicionando-se a quantidade de alteração na orientação à posição atual do veículo 10, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 em relação à superfície de estrada, que são calculados no ciclo de processo de informações atual.

[0125]Uma vez que, conforme descrito acima, o calculador de autoposição 26 define os pontos de partida da operação de integração para calcular a posição atual do veículo 10 no presente, assim como a distância e o ângulo de orientação atuais do veículo 10 no presente em relação à superfície de estrada, o processo na etapa S28 é concluído, e o procedimento prossegue para a etapa S29 na Figura 15.

Efeitos da Segunda Modalidade

[0126]Conforme descrito acima, de acordo com a segunda modalidade, a seção de determinação de brilho 25 realiza uma determinação sobre a condição detectada do feixe de luz padronizado. Se a condição detectada do feixe de luz padronizado for igual ou maior que o valor limiar predeterminado, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera a imagem sobreposta sobrepondo-se imagens nos respectivos quadros. Por essa razão, mesmo quando o ambiente externo é claro, o feixe de luz padronizado projetado sobre a superfície de estrada pode ser precisamente detectado. Consequentemente, a autoposição do veículo pode ser precisamente calculada.

[0127]Além disso, o número de imagens necessárias para o extrator de feixe de luz padronizado 21 gerar a imagem sobreposta é definido dependendo da condição de detecção de padrão, tal como o brilho médio da imagem obtida com a câmera 12. Por essa razão, o valor do brilho do feixe de luz padronizado a ser detectado pode ser controlado dependendo de quão claro o ambiente externo é. Consequentemente, o feixe de luz padronizado pode ser precisamente detectado.

Terceira Modalidade Configuração de Hardware

[0128]As descrições serão fornecidas para uma terceira modalidade da presente invenção, ou um caso em que dentre as imagens obtidas por detecção síncrona, imagens que correspondem a um número de ciclos predeterminado são sobrepostas para gerar uma imagem sobreposta. Conforme mostrado na Figura 17, um aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade é diferente daquele da primeira modalidade pelo fato de que o aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade não inclui nem a seção de determinação de condição de detecção 28 nem a seção de determinação de estado de cálculo 29. O restante da configuração do aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade é igual àquele da primeira modalidade. Por essa razão, a descrição para o restante da configuração será omitida.

[0129]O controlador de feixe de luz padronizado 27 começa a projetar o feixe de luz padronizado 32a cujo brilho altera periodicamente. Posteriormente, o controlador de feixe de luz padronizado 27 continua a projetar o feixe de luz padronizado 32a até o aparelho de cálculo de autoposição parar sua operação. De outro modo, o controlador de feixe de luz padronizado 27 pode ser configurado para projetar o feixe de luz padronizado 32a dependendo da necessidade. Na modalidade, energia elétrica a ser fornecida para o projetor de luz 11 é controlada a fim de que, como um exemplo da alteração no brilho, o brilho de um padrão de luz projetada altere do mesmo modo que uma onda senoidal de uma frequência predeterminada.

[0130]O extrator de feixe de luz padronizado 21 lê as imagens obtidas com a câmera 12 a partir da memória, realiza um processo de detecção síncrona nas imagens na frequência predeterminada mencionada acima, e extrai o feixe de luz padronizado 32a das imagens processadas desse modo.

[0131]A seguir, as descrições serão fornecidas para o processo de detecção síncrona. Um sinal medido incluído nas imagens capturadas com a câmera 12 é expressa com o seno (w0 + α). Esse sinal medido contém sinais que representam luz solar e luz artificial ambas tendo vários componentes de frequência além de um sinal que representa o padrão de luz padrão de luz projetada. Levando-se isso em consideração, o sinal medido seno (w0 + α) é multiplicado por um sinal de referência seno (wr + β) cuja frequência é uma frequência de modulação wr. Desse modo, a multiplicação produz:

[0132]Quando passa no sinal medido obtido desse modo, um filtro passa- baixa remove sinais que têm frequências w0 que são desiguais em relação a wr, ou luz solar e luz artificial que não estão no padrão de luz projetada, e cujas frequências são desiguais em relação a wr. Em contraste, um sinal que tem uma frequência w0 que é igual a wr, ou o padrão de luz projetada cuja frequência é igual a wr, pode ser extraído porque o padrão de luz projetada é representado pelo cosseno (α - β)/2. O uso do processo de detecção síncrona, como isso torna possível obter uma imagem que representa apenas o padrão de luz projetada extraído.

[0133]Em outras palavras, na modalidade, o controlador de feixe de luz padronizado 27 modula o brilho do feixe de luz padronizado 32a com a frequência de modulação predeterminada wr que é antecipadamente definida. Desse modo, o padrão de luz projetada cujo brilho é modulado com a frequência wr é projetado sobre a superfície de estrada. Entretanto, o calculador de ângulo de orientação 22 pode extrair apenas o padrão de luz projetada multiplicando-se uma imagem capturada com a câmera 12 (o sinal medido) pela frequência de modulação wr.

[0134]A Figura 18(a) é um diagrama característico que mostra uma alteração no brilho do feixe de luz padronizado 32a projetado pelo projetor de luz 11. A Figura 18(b) é um diagrama característico que mostra uma alteração em um sinalizador de detecção de ponto característico. Por exemplo, o brilho é controlado de modo que faça o brilho alterar do mesmo modo que a onda senoidal, conforme mostrado na Figura 18(a),

[0135]Nesse aspecto, as descrições serão fornecidas para como definir o brilho do feixe de luz padronizado 32a. Nessa modalidade, o brilho máximo do feixe de luz padronizado 32a (picos superiores de um brilho B1 mostrado na Figura 18(a)) é definido a fim de que o feixe de luz padronizado 32a possa ser detectado mesmo sob o céu claro em torno do solstício de verão (em junho) quando a quantidade de luz solar é a mais alta durante o ano. Além disso, o brilho mínimo do feixe de luz padronizado (picos inferiores do brilho B1 mostrado na Figura 18(a)) é definido a fim de que o padrão de luz projetada não seja erroneamente detectado como pontos característicos da superfície de estrada com uma probabilidade de 99% ou mais à noite quando a influência do feixe de luz padronizado é a maior em um dia.

[0136]A frequência para modular o brilho do feixe de luz padronizado é definida em 200 [Hz], e a taxa de quadro da câmera 12 (o número de imagens capturadas por segundo) é definida em 2.400 [fps], por exemplo. A razão para essas configurações é que a modalidade supõe que a velocidade máxima do veículo seja 72 km/h (aproximadamente igual a 20 m/s) e, portanto, reduz a quantidade de movimento do veículo por ciclo de quadro a 0,1 m ou menos. Isso ocorre devido ao fato de que, a julgar pelo conceito da modalidade, é desejável que a área sobre a qual o feixe de luz padronizado 32a é projetado e a área a partir da qual os pontos característicos são detectados como tão próximos uns dos outros quanto possível, ou coincidam uns com os outros. Além disso, a julgar pelo conceito da detecção síncrona, uma quantidade de movimento menor por ciclo e alterações na superfície de estrada durante seu movimento são propensas a permitir alterações na luz solar e luz artificial diferentes do padrão de luz projetada e, desse modo, realizar a precondição para a detecção síncrona se tornar inválida. A modalidade evita essa probabilidade reduzindo-se a quantidade de movimento por ciclo. Por essa razão, o uso de uma câmera de velocidade mais alta e uma redução adicional no ciclo tornam possível esperar um aprimoramento adicional do desempenho.

[0137]O detector de ponto característico 23 determina se o brilho do feixe de luz padronizado 32a projetado pelo projetor de luz 11 não é maior que o B-ésimo valor limiar de brilho antecipadamente definido. Se o brilho for maior que o B-ésimo valor limiar de brilho, o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai o feixe de luz padronizado 32a por meio do processo de detecção síncrona descrito acima. Por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 19(a) e 19(c), o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai o feixe de luz padronizado 32a por meio do processo de detecção síncrona a partir de uma imagem capturada no tempo t1 ou no tempo t3 (quando o brilho B1 é maior que o B-ésimo valor limiar de brilho) mostrado na Figura 18(a).

[0138]Por outro lado, se o brilho for igual ou menor que o B-ésimo valor limiar de brilho, o detector de ponto característico 23 detecta pontos característicos presentes na superfície de estrada 31. De maneira específica, no caso em que o brilho B1 do feixe de luz padronizado 32a altera do mesmo modo que a onda senoidal, conforme mostrado na Figura 18(a), o detector de ponto característico 23 detecta pontos característicos durante os períodos de tempo em que o brilho B1 não é maior que o B-ésimo valor limiar de brilho. Em outras palavras, conforme mostrado na Figura 18(b), o detector de ponto característico 23 mantém o sinalizador de detecção de ponto característico em "1" durante os períodos de tempo em que o brilho B1 não é maior que o B-ésimo valor limiar de brilho, e detecta pontos característicos durante esses períodos de tempo. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 19(b), o detector de ponto característico 23 detecta os pontos característicos de uma imagem capturada no tempo t2 (quando o brilho B1 é igual ou maior que o B-ésimo valor limiar de brilho) mostrado na Figura 18(b). Posteriormente, com base nas posições na imagem dos pontos característicos detectados pelo detector de ponto característico 23, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 calcula uma quantidade de alteração em cada ponto característico em relação à câmera 12. Nesse aspecto, a área a partir da qual os pontos característicos são detectados coincide totalmente ou sobrepõe parcialmente a área sobre a qual o feixe de luz padronizado 32a é projetado.

[0139]Na modalidade, quando a seção de determinação de brilho 25 determina que a condição detectada do feixe de luz padronizado é igual ou maior que o valor limiar predeterminado, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera uma imagem sobreposta por: realizar a detecção síncrona nas imagens capturadas com a câmera 12 com a frequência de modulação predeterminada para obter imagens sincronizadas que correspondem ao número de ciclos predeterminado; e sobrepor as imagens sincronizadas (somar seus valores de brilho). Uma imagem que representa apenas o padrão de luz projetada extraído pode ser obtida a partir de uma imagem capturada durante um ciclo de sinal de referência. Em um caso em que o processo é realizado em dois ou mais ciclos, as imagens são sobrepostas somando-se os valores de brilho dos pixels nas imagens extraídas nos respectivos ciclos. Consequentemente, a extração das luzes direcionadas da imagem sobreposta pode ser alcançada aplicando-se um processo de binarização a um resultado padronizado que é obtido pela divisão pelo número de imagens sobrepostas cujos valores de brilho dos pixels são somados.

[0140]A seguir, as descrições serão fornecidas para um exemplo de como definir os ciclos predeterminados para a sobreposição. Para começar, referindo-se à razão Rap obtida usando o decimal mais próximo no qual o valor de brilho médio da imagem obtida com a câmera 12 é arredondado, Fn é obtida usando a Equação (7) fornecida abaixo. O número de ciclos predeterminados é definido no valor inteiro mais próximo no qual a Fn obtida desse modo é arredondada. De maneira específica, quando a média de brilho da superfície de estrada pavimentada com asfalto for menor que 50% da média de brilho do feixe de luz padronizado, o número de ciclos predeterminados é definido em 1. Quando 75%, o número de ciclos predeterminados é definido em 2. Quando 90% ou maior, o número de ciclos predeterminados é definido em 5:

[0141]Deve-se notar que o número de ciclos predeterminados pode ser definido em um número que faz uma taxa de sucesso da extração das luzes direcionadas do determinado feixe de luz padronizado se tornar 95% ou maior realizando-se realmente a detecção síncrona para o extrato em um experimento para obter razões Rap usando o valor de brilho médio Ba e valores obtidos adicionando-se realmente de maneira sequencial 10 pontos de escala ao valor de brilho médio Ba.

[0142]Nesse aspecto, se nenhuma imagem sobreposta puder ser gerada porque a velocidade de veículo está muito rápida, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados. Por exemplo, quando a média de brilho da superfície de estrada pavimentada com asfalto for 75% da média de brilho do feixe de luz padronizado, dois ciclos são necessários para a detecção síncrona. Além disso, quando o número de imagens necessárias por ciclo na detecção síncrona estiver em 4, e a velocidade de veículo, que é obtida usando a Equação (8) fornecida abaixo, for igual ou maior que 90 km/h, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados como os pontos de partida:

[0143]Entretanto, se nenhuma imagem sobreposta puder ser gerada porque a alteração na superfície de estrada é grande, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados. É determinado se a condição de superfície de estrada ao redor do veículo altera em uma extensão igual ou maior que o valor limiar durante o número definido de ciclos para a detecção síncrona ou não. Se 5% ou mais das imagens capturadas durante o número definido de ciclos para a detecção síncrona mostram que a condição de superfície de estrada ao redor do veículo altera na extensão igual ou maior que o valor limiar, determina-se que a suposição de que a superfície de estrada altera ligeiramente se torne inválida. Desse modo, os valores anteriores ou os valores iniciais são usados como os pontos de partida. No caso em que a detecção síncrona é usada, a determinação sobre a condição de superfície de estrada pode ser efetuada usando o sensor de curso.

[0144]As Figuras 20(a) a 20(d) mostram respectivamente uma alteração em um sinalizador de redefinição, uma alteração na temporização de término de cada ciclo, uma alteração no número de frequências a serem sobrepostas e uma alteração na potência de projeção de luz no aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade. Cada um dos tempos t31, t32, t33 é a temporização do término de cada ciclo de projeção de sinal de referência, conforme mostrado na Figura 20(b). Nos tempos t31, t32, t33, a potência de projeção de luz cíclica se torna menor, conforme mostrado na Figura 20(d), e o sinalizador de redefinição é definido em "1" conforme mostrado na Figura 20(a).

[0145]Nos tempos t31, t33, o número de ciclos a serem sobrepostos é definido em 1, conforme mostrado na Figura 20(c). Desse modo, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera a imagem sobreposta sobrepondo-se uma imagem que corresponde a um ciclo imediatamente antes do tempo t31, e uma imagem sobreposta sobrepondo-se uma imagem que corresponde a um ciclo imediatamente antes do tempo t33.

[0146]Por outro lado, no tempo t32, o número de ciclos a serem sobrepostos é definido em 2 conforme mostrado na Figura 20(c). Desse modo, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera a imagem sobreposta sobrepondo-se imagens que corresponde a dois ciclos T1, T2 imediatamente antes do tempo t32. Ciclo de Processo de Informações

[0147]A seguir, como um exemplo de um método de cálculo de autoposição de estimação da quantidade de movimento do veículo 10 a partir da imagem 38 (consultar a Figura 5) obtida com a câmera 12, um ciclo de processo de informações a ser repetidamente realizado pela ECU 13 será descrito com referência a um fluxograma mostrado na Figura 21.

[0148]O ciclo de processo de informações mostrado na Figura 21 é iniciado ao mesmo tempo que o aparelho de cálculo de autoposição 100 se torna ativado após a chave de ignição do veículo 10 se ligada, e é repetidamente realizado até o aparelho de cálculo de autoposição 100 parar sua operação.

[0149]Em primeiro lugar, na etapa S31 na Figura 21, o controlador de feixe de luz padronizado 27 controla o projetor de luz 11 para fazer com que o projetor de luz 11 projete o feixe de luz padronizado sobre a superfície de estrada 31 ao redor do veículo. Nesse caso, o controlador de feixe de luz padronizado 27 controla a potência de projeção de luz a fim de que, conforme mostrado na Figura 18(a), o brilho B1 do feixe de luz padronizado altere do mesmo modo que a onda senoidal de uma frequência predeterminada. Por exemplo, a frequência da onda senoidal é definida em 200 [Hz]. Desse modo, o feixe de luz padronizado cujo brilho B1 altera com o tempo do mesmo modo que a onda é projetada sobre a superfície de estrada 31.

[0150]Na etapa S32, a câmera 12 captura uma imagem da superfície de estrada 31 que inclui uma área sobre a qual o feixe de luz padronizado é projetado.

[0151]Na etapa S33, a ECU 13 determina se um ciclo de projeção de sinal de referência para a detecção síncrona foi concluído ou não. Se a ECU 13 determina que um ciclo de projeção de sinal de referência para a detecção síncrona foi concluído, a ECU 13 prossegue para a etapa S35. Se a ECU 13 determina que um ciclo de projeção de sinal de referência para a detecção síncrona ainda não foi concluído, a ECU 13 prossegue para a etapa S34.

[0152]Na etapa S34, o detector de ponto característico 23 detecta pontos característicos (por exemplo, porções irregulares presentes no asfalto) a partir da imagem 38, e extrai pontos característicos que podem ser associados entre os ciclos de processo de informações anteriores e atuais, e atualiza a distância e o ângulo de orientação a partir das posições na imagem (Ui, Vi) dos pontos característicos extraídos desse modo.

[0153]De maneira específica, quando o sinalizador de detecção de ponto característico é definido em "1”, o detector de ponto característico 23 lê a imagem 38 obtida com a câmera 12 a partir da memória, detecta os pontos característicos na superfície de estrada 31 a partir da imagem 38, e armazena as posições na imagem (Ui, Vi) dos respectivos pontos característicos na memória. O calculador de quantidade de alteração de orientação 24 lê as posições na imagem (Ui, Vi) dos respectivos pontos característicos a partir da memória, e calcula as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos em relação à câmera 12 a partir da distância e do ângulo de orientação, assim como as posições na imagem (Ui, Vi) dos pontos característicos. O calculador de quantidade de alteração de orientação 24 armazena as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos em relação à câmera 12 na memória.

[0154]Posteriormente, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 lê as posições na imagem (Ui, Vi) dos pontos característicos e as posições relativas (Xi, Yi, Zi) dos pontos característicos calculados na etapa S31 no ciclo de processo de informações anterior a partir da memória. O calculador de quantidade de alteração de orientação 24 calcula as quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação usando as posições relativas (Xi, Yi, Zi) e as posições na imagem (Ui, Vi) dos pontos característicos que podem ser associados entre os ciclos de processo de informações anteriores e atuais. O calculador de quantidade de alteração de orientação 24 atualiza a distância e o ângulo de orientação adicionando-se as quantidades de alterações mencionadas acima na distância e no ângulo de orientação à distância e ao ângulo de orientação obtidos no ciclo de processo de informações anterior. Posteriormente, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 armazena a distância e o ângulo de orientação atualizados desse modo na memória. Em outras palavras, o calculador de quantidade de alteração de orientação 24 atualiza a distância e o ângulo de orientação realizando-se a operação de integração na distância e no ângulo de orientação definidos pelo processo na etapa S34 ou S37 (posteriormente descrita) no ciclo anterior adicionando-se as quantidades de alterações na distância e no ângulo de orientação calculados nos ciclos de processo de informações atuais. Posteriormente, a ECU 13 prossegue para a etapa S38.

[0155]Por outro lado, na etapa S35, a partir da média de brilho da imagem obtida com a câmera 12, o extrator de feixe de luz padronizado 21 define a frequência para a detecção síncrona que é necessária para extrair o feixe de luz padronizado.

[0156]Na etapa S36, o extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai o feixe de luz padronizado a partir de um grupo de imagens obtidas pela detecção síncrona no ciclo de sinal de referência atual.

[0157]Na etapa S37, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera a imagem sobreposta sobrepondo-se imagens do feixe de luz padronizado extraído pela detecção síncrona nos ciclos passados, em que o número das imagens sobrepostas desse modo corresponde ao número de ciclos definido na etapa S35. O extrator de feixe de luz padronizado 21 extrai adicionalmente a posição do feixe de luz padronizado da imagem sobreposta gerada desse modo. Com base na posição do feixe de luz padronizado, o calculador de ângulo de orientação 22 calcula a distância e o ângulo de orientação.

[0158]Na etapa S38, a ECU 13 seleciona os pontos de partida para as operações de integração. Esse processo é alcançado por: selecionar a distância e o ângulo de orientação calculados a partir da posição do feixe de luz padronizado no primeiro ciclo de processo de informações; e definir os pontos de partida para as operações de integração na distância e no ângulo de orientação selecionados desse modo. Posteriormente, em um caso em que a condição predeterminada é satisfeita, ou em um caso em que a condição da detecção de ponto característico pelo detector de ponto característico 23 se deteriora para impedir que múltiplos pontos característicos sejam detectados no temporização quando o sinalizador é definido em “1”, a ECU 13 redefine os pontos de partida para o cálculo da quantidade do movimento na distância e no ângulo de orientação calculados a partir da posição de feixe de luz padronizado, ou na distância e no ângulo de orientação calculados pelo processo na etapa S37. Por outro lado, em um caso em que o detector de ponto característico 23 detecta os pontos característicos normalmente, a ECU 13 atualiza a distância e o ângulo de orientação com base nas posições dos respectivos pontos característicos.

[0159]Em outras palavras, no caso em que o detector de ponto característico 23 não detecta os pontos característicos normalmente, a distância e o ângulo de orientação da câmera 12 não podem ser definidos com alta precisão. Se a quantidade de movimento do veículo for calculada com o uso da distância e do ângulo de orientação imprecisos, a quantidade de movimento do veículo não pode ser detectada com alta precisão. Em tal caso, portanto, os pontos de partida para o cálculo da quantidade do movimento são definidos na distância e no ângulo de orientação calculados a partir da posição do feixe de luz padronizado. Desse modo, grandes erros na distância e no ângulo de orientação são impedidos.

[0160]Subsequentemente, na etapa S39, o calculador de autoposição 26 calcula a quantidade (ΔL) de movimento da câmera 12 em relação à superfície de estrada 31, ou a quantidade de movimento do veículo 10, a partir da distância e do ângulo de orientação calculados pelo processo na etapa S34 ou S37, os pontos de partida das operações de integração, e as quantidades de alterações nas posições na imagem (Ui, Vi) dos pontos característicos.

[0161]Desse modo, o aparelho de cálculo de autoposição da terceira modalidade tem capacidade para calcular a posição do veículo 10 realizando-se repetidamente a série de ciclos de processo de informações descrita acima para somar as quantidades de movimento do veículo 10.

Efeitos da Terceira Modalidade

[0162]Conforme descrito acima, de acordo com a terceira modalidade, a seção de determinação de brilho 25 efetua uma determinação sobre a condição detectada do feixe de luz padronizado. Se a condição detectada do feixe de luz padronizado for igual ou maior que o valor limiar predeterminado, o extrator de feixe de luz padronizado 21 gera a imagem sobreposta sobrepondo-se imagens nos respectivos quadros, em que o número das imagens sobrepostas desse modo corresponde ao número de ciclos predeterminado. Por essa razão, mesmo quando o ambiente externo é claro, o feixe de luz padronizado projetado sobre a superfície de estrada pode ser precisamente detectado. Consequentemente, a autoposição do veículo pode ser precisamente calculada.

[0163]Além disso, o número de ciclos necessário para que o extrator de feixe de luz padronizado 21 gere a imagem sobreposta é definido dependendo da condição de detecção de padrão, tal como o brilho médio da imagem obtida com a câmera 12. Por essa razão, o valor do brilho do feixe de luz padronizado a ser detectado para ser controlado dependendo de quão claro é o ambiente externo. Consequentemente, o feixe de luz padronizado pode ser precisamente detectado.

Outra Modalidade

[0164]Embora a primeira a terceira modalidades da presente invenção tenham sido descritas conforme acima, nenhuma das descrições e desenhos que constituem partes da revelação deve ser interpretada como limitando a presente invenção. A revelação irá efetuar várias modalidades, exemplos e técnicas operacionais alternativas claros para aqueles versados na técnica.

[0165]A primeira a terceira modalidades da presente invenção discutiram principalmente o caso em que a imagem sobreposta é gerada sobrepondo-se imagens obtidas com a câmera 12 do passado para o presente. Todavia, a imagem sobreposta pode ser gerada sobrepondo-se imagens que incluem uma ou mais imagens a serem obtidas com a câmera 12 no futuro. Supõe-se que a inclusão de imagens a serem obtidas no futuro ocorra, por exemplo em um caso em que o feixe de luz padronizado é projetado de maneira intermitente e não constante. Nesse caso, o extrator de luz padronizado 21 gera a imagem sobreposta uma vez que todas as imagens necessárias para extrair o feixe de luz padronizado são obtidas. O calculador de autoposição pode ser configurado para iniciar as operações de integração usando os valores anteriores ou os valores iniciais definidos como o ponto de partida antes que todas as imagens necessárias para extrair o feixe de luz padronizado sejam obtidas (enquanto a imagem sobreposta está sendo gerada).

[0166]Embora a Figura 2 mostre o exemplo em que a câmera 12 e o projetor de luz 11 são instalados na frente do veículo 10, a câmera 12 e o projetor de luz 11 podem ser instalados nas laterais, traseira ou parte inferior do veículo 10. Além disso, embora a Figura 2 mostre o carro de passageiros de quatro rodas como um exemplo do veículo 10 das modalidades, a presente invenção é aplicável a todos os corpos móveis (veículos), tais como motocicletas, caminhões e veículos especial para transportar máquinas de construção, desde que os pontos característicos nas superfícies de estrada e superfícies de parede possam ser capturados a partir de tais corpos móveis. LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 13ECU 10veículo 11projetor de luz 12câmera (unidade de captura de imagem) 21extrator de feixe de luz padronizado (gerador de imagem sobreposta) 22calculador de ângulo de orientação 23detector de ponto característico 24calculador de quantidade de alteração de orientação 25seção de determinação de brilho (seção de determinação de condição de detecção de feixe de luz padronizado) 26calculador de autoposição 28seção de determinação de condição de detecção 29seção de determinação de estado de cálculo 30seção de determinação de condição de superfície de estrada 31superfície de estrada 32a, 32bfeixe de luz padronizado Teponto característico

Claims

1. Aparelho de cálculo de autoposição adaptado para calcular a autoposição de um veículo (10) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um projetor de luz (11) configurado para projetar um feixe de luz padronizado (32a, 32b) sobre uma superfície de estrada (31) ao redor do veículo (10); uma unidade de captura de imagem (12) adaptada para ser instalada no veículo (10), e configurada para capturar uma imagem da superfície de estrada (31) ao redor do veículo que inclui uma área sobre a qual o feixe de luz padronizado (32a, 32b) é projetado; um extrator de feixe de luz padronizado (21) configurado para extrair uma posição do feixe de luz padronizado (32a, 32b) da imagem obtida com a unidade de captura de imagem (12); um calculador de ângulo de orientação (22) configurado para calcular um ângulo de orientação do veículo (10) em relação à superfície de estrada (31) a partir da posição extraída do feixe de luz padronizado (32a, 32b); um calculador de quantidade de alteração de orientação (24) configurado para calcular uma quantidade de alteração na orientação do veículo com base nas alterações temporais em uma pluralidade de pontos característicos (Te) na superfície de estrada na imagem obtida com a unidade de captura de imagem (12); e um calculador de autoposição (26) configurado para calcular uma posição atual e um ângulo de orientação atual do veículo adicionando-se a quantidade de alteração na orientação a uma posição inicial e um ângulo de orientação inicial do veículo, o ângulo de orientação inicial sendo calculado pelo calculador de ângulo de orientação (22), em que se uma condição de brilho detectada do feixe de luz padronizado (32a, 32b) for igual ou maior que um valor limiar, o extrator de feixe de luz padronizado (21) gera uma imagem sobreposta sobrepondo-se as imagens em quadros obtidos com a unidade de captura de imagem (12), e extrai a posição do feixe de luz padronizado (32a, 32b) da imagem sobreposta.

2. Aparelho de cálculo de autoposição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o extrator de feixe de luz padronizado (21) define o número de imagens a serem sobrepostas para gerar a imagem sobreposta que depende de um valor de brilho da imagem obtida com a unidade de captura de imagem (12).

3. Aparelho de cálculo de autoposição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o calculador de autoposição (26) começa a adicionar a quantidade de alteração na orientação com o uso do ângulo de orientação empregado em um ciclo de processo de informações anterior ou do ângulo de orientação inicial como um ponto de partida enquanto o extrator de feixe de luz padronizado (21) está gerando a imagem sobreposta.

4. Aparelho de cálculo de autoposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um controlador de feixe de luz padronizado (27) configurado para modular o brilho do feixe de luz padronizado (32a, 32b) com uma frequência de modulação predeterminada, em que o extrator de feixe de luz padronizado (21) gera a imagem sobreposta sobrepondo-se imagens síncronas obtidas realizando-se a detecção síncrona com a frequência de modulação predeterminada nas imagens obtidas com a unidade de captura de imagem (12), em que o número das imagens síncronas sobrepostas desse modo corresponde a um número de ciclos predeterminado.

5. Método de cálculo de autoposição adaptado para calcular a autoposição de um veículo (10), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma etapa de projetar um feixe de luz padronizado (32a, 32b) sobre uma superfície de estrada ao redor do veículo (10); uma etapa de fazer com que uma unidade de captura de imagem (12) capture uma imagem da superfície de estrada ao redor do veículo que inclui uma área sobre a qual o feixe de luz padronizado (32a, 32b) é projetado; uma etapa de extrair uma posição do feixe de luz padronizado (32a, 32b) da imagem obtida com a unidade de captura de imagem (12); uma etapa de calcular um ângulo de orientação do veículo em relação à superfície de estrada (31) a partir da posição extraída do feixe de luz padronizado (32a, 32b); uma etapa de calcular uma quantidade de alteração na orientação do veículo com base nas alterações temporais em uma pluralidade de pontos característicos na superfície de estrada na imagem capturada com a unidade de captura de imagem (12); e uma etapa de calcular uma posição atual e um ângulo de orientação atual do veículo (10) adicionando-se a quantidade de alteração na orientação a uma posição inicial e um ângulo de orientação inicial do veículo, o ângulo de orientação inicial sendo calculado pela etapa de cálculo de ângulo de orientação, em que na etapa de extrair a posição do feixe de luz padronizado (32a, 32b), se uma condição detectada do feixe de luz padronizado (32a, 32b) for igual ou maior que um valor limiar, uma imagem sobreposta é gerada sobrepondo-se as imagens em quadros obtidos com a unidade de captura de imagem (12), e a posição do feixe de luz padronizado é extraída da imagem sobreposta.